Радуга из космоса¶

Радуга из космоса — явление, при котором радуга наблюдается с высоты, превышающей уровень облаков, например с борта самолёта, МКС или космического аппарата. С точки зрения высотного наблюдателя радуга выглядит не как плоская дуга на фоне неба, а как полный круг — кольцо, центр которого лежит на продолжении противоположного солнцу направления (антиподном точке). Это прямое следствие геометрии формирования радуги: цветной круг образуют лучи света, отражённые и преломлённые каплями воды, расположенные на поверхности конуса с вершиной в глазу наблюдателя.

¶Физика формирования радуги

Радуга возникает при трёх оптических взаимодействиях солнечного света с каплями воды: преломлении при входе в каплю, внутреннем отражении и преломлении при выходе. Угол между входящим и выходящим лучом для капли с показателем преломления воды около 1,33 составляет минимум около 138° для красного света и около 140° для фиолетового. Наблюдатель видит свет, приходящий из направления, отстоящего от противоположного солнцу на 42° (красная дуга) до 40° (фиолетовая). Эти лучи формируют конус с вершиной в глазу наблюдателя; пересечение конуса с облаком капель даёт на нём световое кольцо.

При наблюдении с земли нижняя часть конуса перекрыта горизонтом или зданиями, поэтому видна лишь верхняя дуга. При подъёме наблюдателя видимая часть круга увеличивается: на высоте нескольких километров, например из кабины самолёта, можно увидеть почти полное кольцо. С борта Международной космической станции, вращающейся на высоте около 400 км, радуга наблюдается как замкнутое кольцо, если позволяют условия освещения и наличие облаков.

¶Внешний вид с высоты

С космической высоты радуга выглядит как тонкое светящееся кольцо диаметром порядка 800 метров — 1 километра, расположенное над облаками или дождевым занавесом. Цвета расположены в том же порядке, что и у обычной радуги: красный снаружи, фиолетовый внутри. Кольцо строго геометрически связано с положением солнца и глаза наблюдателя: его центр всегда лежит в зенитной точке, противоположной солнцу.

Интересной особенностью является то, что с орбиты одновременно может наблюдаться несколько радуг, если дождевые облака расположены в разных направлениях относительно противоположной солнцу точки. Каждая такая радуга образует своё кольцо с центром в одной и той же зенитной точке.

¶Вторичная радуга и другие эффекты

Помимо основной радуги с орбиты наблюдаются и вторичные радуги — кольца большего радиуса (угол около 51°) с обратным порядком цветов. В зоне между первичной и вторичной радугой расположена тёмная полоса Александра, которая с высоты видна как тёмное кольцо. Иногда наблюдается третичная радуга, но она слабее и визуально трудноотличима от фона облаков.

С высоты также отчётливо видно, что радуга — явление строго индивидуальное: её кольцо центрировано относительно глаза конкретного наблюдателя, поэтому два человека, стоящие рядом, видят радуги с разными центрами. Для космонавтов, наблюдающих из иллюминатора МКС, это означает, что кольцо смещается вместе со станцией.

¶Наблюдения и съёмка

Первые фотографии полной радуги-кольца с высоты были получены из кабин самолётов. В космическую эру подобные снимки делались с борта МКС; космонавты и астронавты публикуют фотографии, на которых радуга выглядит как светящееся кольцо над грозовым облаком. В 2011 году астронавт Рон Гаран снял видео полной круглой радуги с МКС, продемонстрировав, как кольцо просвечивает сквозь верхнюю часть грозового кучевого облака.

Радуга из космоса не является отдельным физическим явлением — это та же радуга, что и с земли, но наблюдаемая целиком благодаря высоте наблюдателя. Её изучение помогает уточнять модели рассеяния света в каплях воды и служит иллюстрацией того, как геометрия наблюдения определяет форму видимого объекта.

¶Интересные факты

• Радуга-кольцо может быть сфотографирована из верхней части тропосферы на высоте около 10—12 км, где пассажирские самолёты летают выше большинства дождевых облаков.
• Если наблюдатель находится выше облаков, но солнце уже село для земной поверхности, радуга может быть видна как светящееся кольцо над тёмным ландшафтом.
• В 2020-е годы снимки полных круглых радуг с МКС стали регулярно публиковаться в открытых источниках НАСА и Роскосмоса.

¶Источники

• Невеселов В. А. «Радуга в природе». — Л.: Гидрометеоиздат, 1979.
• Миннарт М. «Оптика атмосферы». — Л.: Гидрометеоиздат, 1961.
• NASA Earth Observatory. Материалы наблюдений радуг с борта МКС.
• Роскосмос. Публикации фотографий Земли с борта Международной космической станции.