Необычные явления в атмосфере

Огни Святого Эльма и миражи, полярное сияние и радуга, небесные венцы и ореолы… Эти и другие атмосферные явления на протяжении многих столетий оставались для людей загадкой, чудесной и пугающей, которую часто толковали как знамение.

В настоящее время все эти явления получили научное объяснение. Например, миражи. При необычном распределении плотности в нижних слоях воздуха может происходить аномальная рефракция (преломление) света. В этом случае кроме реальных предметов видны также мнимые их изображения — миражи. Многие путешественники становились их жертвами. Миражи бывают разные, в зависимости от того, в каком направлении увеличивается или уменьшается плотность воздуха. Пустынный мираж — это так называемый нижний мираж. Он возникает, когда над раскаленной поверхностью в результате интенсивных восходящих движений плотность воздуха в приземном слое с высотой начинает возрастать. Тогда траектория луча оказывается выпуклой вниз, и изображение дальнего предмета может быть видно ниже его реального положения, причем вверх ногами. В давние времена путники, для того чтобы убедиться, видят ли они мираж или реальные предметы, разжигали костер: если в пустыне было хотя бы небольшое движение воздуха, то стелющийся по земле дым быстро разгонял мираж. Существуют боковые и верхние миражи. Верхние миражи чаше возникают в полярных районах.

Изображения далеких предметов кажутся иногда колеблющимися. Лучше всего это видно ночью, мерцающие звезды меняют яркость, а иногда и цвет. Происходит это из-за того, что температура перемещающегося воздуха и его плотность изменяются в атмосфере, благодаря чему меняется показатель преломления воздуха.

Часто такое происходит в результате усиления ветра в слое под тропопаузой, поэтому мерцание звезд может служить признаком надвигающейся смены погоды.

Голубой цвет неба тоже не случаен. Это результат рассеяния солнечного света на молекулах газа, которые в силу своего размера из всего солнечного спектра лучше рассеивают голубые лучи. Чем безоблачнее и чище от примесей небо, тем более голубой цвет оно имеет, поскольку голубые лучи, многократно рассеянные молекулами газа, начинают преобладать над остальными. Синими в морозный солнечный день видятся тени на снегу, освещенные рассеянным светом неба. На фоне далеких черных гор освещенный солнцем воздух тоже кажется голубоватым. С высотой уменьшается количество рассеивающих частиц, цвет неба становится темнее, переходя постепенно к густо-фиолетовому и черному.

Диск Солнца нам видится желтым. Это объясняется тем, что энергия разных длин волн видимого излучения Солнца по мере прохождения сквозь атмосферу уменьшается неравномерно. Быстрее всего это происходит у наиболее коротких волн — синих и фиолетовых. Чем длиннее путь света через атмосферу, тем больше его рассеяние. Поэтому, чем ниже Солнце стоит над горизонтом, чем больше толща атмосферы, через которую проходят солнечные лучи, «теряя» короткие волны, тем более желтым оно нам видится. Если в воздухе много пыли или капель и кристаллов, то у горизонта цвет Солнца может приближаться к красному. Удивительны цвета зари — от золотисто-желтого до пурпурного. Заря — совокупность световых явлений, связанных с восходом или закатом Солнца. Заря — это сложное сочетание процессов рассеяния, преломления, дифракции лучей солнечного света в различных слоях атмосферы. Краски зари и их интенсивность зависят от содержания частиц пыли и водяного пара в атмосфере. При сильных вулканических извержениях в атмосферу попадает огромное количество пыли и пепла. Такие частицы усиливают рассеяние солнечного света и обусловливают необычайно яркие зори. Примером может служить извержение вулкана Кракатау (Индонезия) в 1883 г., когда огромные массы вулканического пепла были подняты на высоту свыше 50 км. Воздушными течениями они были разнесены по всему земному шару и больше года вызывали аномально светлые и продолжительные зори. В части небосвода, противоположной закату Солнца, наблюдается противозаря. Там также происходит смена цветовых тонов от пурпурных до фиолетовых. С наступлением сумерек в этой части небосвода появляется тень Земли серо-голубого цвета. На темном небе, после окончания или перед началом астрономических сумерек, можно наблюдать явление зодиакального света. Это нежное сияние над невидимым Солнцем в форме наклонного конуса, направленного по эклиптике. Предполагают, что зодиакальный свет — результат рассеяния солнечного света космической (метеорной) пылью.

Явление «зеленого луча» объясняется рефракцией — преломлением света. Увидеть «зеленый луч» считается хорошей приметой. «Зеленый луч» — кратковременная вспышка зеленого цвета на верхней границе солнечного диска. Это явление наблюдается при восходе или заходе Солнца и объясняется атмосферной рефракцией, которая как бы приподнимает светило над горизонтом. С уменьшением длины волны влияние рефракции усиливается, поэтому получается, что «зеленое» Солнце заходит чуть позже «красного» и мы видим «зеленый луч». Радуга — цветная дуга с центром в точке, противоположной Солнцу. Радуга появляется на фоне дождя или дождевого облака. Радуг может быть несколько. Внешняя часть главной радуги (радиусом 42°) имеет красный цвет, за ним следуют оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Над главной радугой бывает и вторая, с обратным расположением цветов. Явление радуги объясняется преломлением света в сравнительно крупных каплях воды.

Гало — светлые, преимущественно окрашенные круги или дуги, светлые столбы или пятна около Солнца или Луны. Гало возникает в случаях, когда преломление света происходит не в каплях, а в кристаллах льда, находящихся, например, в перисто-слоистых облаках. Чаще всего наблюдается гало с угловым радиусом 22° — светлый круг вокруг диска Солнца или Луны. С внутренней стороны гало имеет наиболее яркую окраску и может приобретать красноватый оттенок, переходящий к внешнему краю в желтый и голубоватый, а затем в белесый, сливаясь с окраской неба. Реже бывает виден больший круг с угловым радиусом 46°. Иногда возникает также и белый горизонтальный круг, зачастую охватывающий все небо. На его пересечении с вертикальным малым кругом могут появляться ложные солнца и луны.

Венцы (называемые также ореолом) могут наблюдаться вокруг Солнца или Луны в полупрозрачных облаках (высококучевых или высокослоистых). Эти светлые круги, яснее всего в которых различимы красный и зеленый цвета, примыкают близко к диску светила. Венцы могут располагаться в виде нескольких вложенных друг в друга колец. Такое оптическое явление вызвано дифракцией (от лат. diffractus — разломанный) света на мельчайших капельках воды облаков или туманов. Это явление может наблюдаться и при искусственных источниках света.

Цветной венец может образоваться вокруг тени, отбрасываемой самолетом на нижележащие облака, или тени человека на росистом лугу. Такую разновидность венцов называют глория. «Броккенским призраком» (по имени горы Броккен в Саксонии) прозвали глорию, возникшую вокруг тени головы наблюдателя на близкой поверхности облачной гряды или на стене тумана (это чаще всего происходит в горах). Искажение расстояния до тени дает эффект гигантской призрачной фигуры, вокруг головы которой могут возникать цветные кольца.

Полярное сияние — эффектное, со сполохами свечение неба. Оно нередко наблюдается в высоких широтах Северного и Южного полушарий. Полярное сияние возникает благодаря люминесценции (свечению) разреженного воздуха на высотах от нескольких десятков до сотен километров. В период возмущений магнитного поля Земли заряженные частицы (электроны и протоны), движущиеся вдоль магнитных силовых линий, вторгаются в атмосферу, опускаясь до высот 100 — 150 км. Там они начинают сталкиваться с атомами и молекулами атмосферного газа, которые, возбуждаясь, в свою очередь излучают свет. Полярное сияние наблюдается одновременно в обоих полушариях на всех долготах в полосе шириной около 100 км и меньше. Наиболее частая повторяемость этого явления зафиксирована в полосе 20 — 25° от полюсов. Именно здесь магнитные силовые линии входят в атмосферу. Бывают и исключения. Так, в 1872 г. жители города Переславля наблюдали необыкновенное полыхающее небо.

Быстрые изменения окраски, интенсивности и положения полярного сияния создают неповторимые по красоте картины, бегущие по небу. Формы полярного сияния разнообразны — дуги, лучи, ленты, короны и общее свечение. Наиболее часто полярное сияние окрашено в голубовато-белые или желто-зеленые тона, реже в красные и фиолетовые. Его продолжительность может составлять от десятков минут до нескольких суток.

Огни святого Эльма — еще одно явление, связанное с электрическими свойствами атмосферы. Оно во все времена пугало суеверных моряков, а это всего лишь разряды в виде светящихся пучков, которые возникают на острых концах высоких предметов (мачт, башен и т. д.) при очень большой напряженности электрического поля в атмосфере (при грозах, метелях, пыльных бурях). Это «странное» явления периодически наблюдалось в грозовую погоду в виде свечения над средневековыми башнями церкви Святого Эльма, отсюда и получило свое название «огни Святого Эльма». В древние времена возникающее вокруг башен и корабельных мачт свечение в виде пучков часто принимали за недобрый знак судьбы.

Шаровая молния — это светящийся шар диаметром в десятки сантиметров. Он перемещается вместе с движением воздуха и может взрываться при соприкосновении с наземными предметами. По некоторым предположениям, источник зарождения шаровой молнии — раскаленный канал обычной молнии, а ее состав — неустойчивые соединения азота и кислорода, на образование которых требуются большие затраты энергии. При охлаждении до некоторой критической температуры вещество шаровой молнии мгновенно распадается на азот и кислород с выделением поглощенной энергии, в результате чего происходит взрыв.


Буду благодарен, если Вы поделитесь этой статьей в социальных сетях: