Туманная радуга: белая дуга¶

Туманная радуга (белая радуга, туманная дуга) — оптическое явление в атмосфере, представляющее собой широкую дугу белого или слабоокрашенного цвета, возникающую при рассеянии света на каплях воды малого радиуса, составляющих туман или облачность. В отличие от обычной радуги, формируемой крупными дождевыми каплями, туманная радуга характеризуется отсутствием выраженного спектрального разделения цветов, что обусловлено дифракционными эффектами на микроскопических частицах влаги.

¶Физика явления

Образование туманной радуги подчиняется тем же законам геометрической оптики, что и формирование обычной радуги: солнечный свет преломляется и отражается внутри сферических водяных капель, возвращаясь к наблюдателю под углом около 42 градусов. Однако решающее значение имеет размер капель. В дождевом облаке или ливне диаметр капель составляет 1–2 миллиметра и более, что позволяет световым волнам различной длины отклоняться на заметно разные углы, создавая чёткий спектр из семи цветов.

В тумане капли значительно меньше — их радиус обычно не превышает 50–100 микрометров, а в плотном тумане может составлять всего 10–20 микрометров. При таком размере капли становятся соизмеримы с длиной световой волны, и начинает доминировать дифракция — огибание световыми волнами препятствий. В результате интерференционные максимумы для разных длин волн накладываются друг на друга, и глаз наблюдателя воспринимает суммарный белый свет. Цвета при этом либо полностью отсутствуют, либо проявляются лишь в виде едва заметных бледно-розовых и голубоватых оттенков по внешнему и внутреннему краям дуги.

¶Внешний вид и наблюдение

Туманная радуга выглядит как очень широкая (занимающая до 10–15 градусов неба) дуга молочно-белого цвета. Её внешний край часто имеет слабый оранжевый или жёлтый оттенок, а внутренний — голубоватый или фиолетовый. Явление наблюдается исключительно при направлении света из-за спины наблюдателя, аналогично обычной радуге. Источником света может быть как солнце, так и луна — в последнем случае явление называют лунной туманной радугой.

Наиболее благоприятные условия для наблюдения — горная местность с низкой облачностью, морские побережья с туманами, а также утренние часы над водоёмами. Часто туманную радугу можно увидеть с самолёта или высокогорной станции, когда облачный слой находится ниже точки наблюдения. В этом случае дуга может замыкаться в полное кольцо — глорию, хотя строго глория является отдельным явлением, связанным с обратным рассеянием света.

¶Отличия от обычной радуги

Основные различия между туманной и дождевой радугой сводятся к нескольким параметрам. Во-первых, цвет: обычная радуга демонстрирует непрерывный спектр от красного до фиолетового, тогда как туманная — преимущественно белая. Во-вторых, ширина: туманная дуга значительно шире и размытее. В-третьих, вторичная радуга (вторая дуга с обратным порядком цветов) при тумане, как правило, не образуется, поскольку многократные отражения внутри малых капель приводят к полному гашению интерференционной картины.

Дополнительное отличие — отсутствие тёмной полосы Александра (пространства между первичной и вторичной радугами), характерной для дождевых радуг. В туманной радуге внутренняя область дуги освещена почти равномерно.

¶История изучения

Первые научные описания туманной радуги относятся к XIX веку. Английский физик Джон Тиндалл в 1870-х годах наблюдал белые дуги в альпийских туманах и связал их с малым размером капель. Теоретическое объяснение дифракционной природы явления было дано в работах по теории рассеяния света на сферических частицах, развитой Густавом Ми в 1908 году. Современные исследования, в том числе с применением лазерной диагностики облаков, подтвердили, что пороговый размер капель, при котором радуга перестаёт быть цветной, составляет примерно 60–70 микрометров в диаметре.

¶Сходные явления

К туманной радуге близки такие оптические эффекты, как глория (цветные кольца вокруг тени наблюдателя на облаке), венец (дифракционные кольца вокруг солнца или луны) и брокенский призрак (увеличенная тень наблюдателя на тумане, окружённая глорией). Все они возникают при рассеянии света на мелкодисперсной водной взвеси, но различаются геометрией хода лучей и положением источника света относительно наблюдателя.

¶Практическое значение

Наблюдение туманной радуги используется в метеорологии как индикатор микроструктуры тумана: наличие белой дуги свидетельствует о преобладании капель радиусом менее 50 микрометров, что важно для прогнозирования видимости и обледенения. В авиации явление служит визуальным признаком нахождения воздушного судна в облачном слое с определёнными характеристиками водности.