Физика - Каплун С. В. - Страница 51

На основании своих похожих на чудо опытов с призмами Ньютон обнаружил, что «свет состоит из лучей всех цветов не только после выхода из призмы, но и тогда, когда он еще не дошел до призмы, до преломления». Напомним, что открытое Ньютоном явление называют дисперсией света.

Сейчас мы не будем приводить полное объяснение явления радуги, так как для понимания этого вам нужны большие знания математики и физики (надеемся, позже вы их получите в школе!). Однако скажем, что в этом явлении главным считается преломление солнечного света в капельках воды, причем размер этих капелек тоже влияет на то, что именно наблюдается.

Если радугу видел каждый из нас, то явление гало, пожалуй, нет. Это оптическое явление бывает довольно редко, однако о нем можно услышать или прочитать в исторических романах, описаниях и т. д.

Гало

Это явление заключается в том, что на небе наблюдают, кроме истинного светила – Солнца или Луны, – так называемые ложные. В давние времена появление светящихся колец, крестов или нескольких солнц или лун люди воспринимали исключительно как зловещее знамение.

В рассказе Джека Лондона «Тропой ложных солнц» можно прочитать: «С двух сторон солнца стоят ложные солнца, так что в небе их сразу три. В воздухе от мороза алмазная пыль».

Вообще гало могут выглядеть по-разному – светящиеся кольца, столбы, кресты, «ложные светила». Кстати, и само слово «гало» происходит от греческого halos – «круг».

Причиной появления гало является преломление света в ледяных кристалликах и отражения от их граней. Преломление приводит к появлению слегка окрашенных элементов гало; отражение дает белые элементы гало: их цвет совпадает с цветом светила (Солнца или Луны).

Своей чрезвычайной симметрией гало обязано правильной форме ледяных кристалликов. При этом значительную роль играет упорядоченная ориентация этих кристалликов в пространстве.

Веками люди восхищались величественной картиной северного сияния, и, конечно же, человека интересовало его происхождение.

Одно из древнейших упоминаний этого природного явления встречается у Аристотеля. Он писал: «Иногда в ясные ночи наблюдается на небе множество явлений – сияния, провалы, кроваво-красная окраска. Кажется, будто полыхает пламя».

Там, где жил Аристотель, северное сияние бывает очень редко, но все же бывает. В таких случаях оно отличается особым богатством красок с преобладанием именно красных тонов.

А вот описание северного сияния, сделанное еще в I в. н. э. римским философом Сенекою: «Некоторые из них выглядят как пустота, когда под светящейся короной свечение отсутствует и образуется как бы овальный вход в пещеру, другие – как бочки, когда видно большое закругленное пламя, перемещающееся с места на место…»

Северное сияние у одних людей вызывало страх, у других, наоборот, – веру в то, что их ждет поддержка в великих делах. Так, во время битвы на Чудском озере Александра Невского с немцами (1242) на небе вдруг появились вспышки (так на Руси называли северное сияние). Согласно легенде, русские воины увидели в этом добрый знак и с удвоенной силой пошли на врага.

Тайна северного сияния оставалась нераскрытой на протяжении многих веков. Относительно их происхождения была выдвинута масса гипотез, порой очень наивных. Так, некоторые считали, что такое сиянио является отблеском солнца, опустившегося за горизонт. Другие предполагали, что это свет, который излучают полярные льды при особенно сильных морозах.

М. В. Ломоносов тоже интересовался природой северного сияния. Он даже в поэтической форме сформулировал вопросы, которые при этом возникают:

В опытах по электричеству, которые проводил Ломоносов, он увидел нечто общее со свечением в атмосфере. Ученый считал, что свечение газового электрического разряда и северное сияние близки по своей природе. Подобные выводы сделали Б. Франклин и Ж. Кантон.

Северное сияние

Северное сияние

По-настоящему разобраться в том, как возникает это очень красивое природное явление, ученые смогли только в наши дни. Но и сейчас некоторые вопросы остались еще не выясненными.

Чаще всего встречаются четыре формы сияния: однородная дуга, лучи (лучевая полоса), ленты, размытые пятна (их называют диффузными пятнами).

Различные формы северного сияния могут возникать одновременно и накладываться друг на друга. Лучи, ленты и пятна перемещаются, при этом интенсивность их свечения со временем меняется. Обнаружено, что скорость движения лучей и лент достигает десятков километров в секунду!

В течение ночи можно наблюдать постепенное превращение одной формы сияния в другие. Например, однородная дуга разбивается на лучи или превращается в сложные ленты, а затем распадается на облакоподобные пятна.

Если посмотреть на нашу Землю из космоса, то сияние, о котором мы говорим, будет наблюдаться в определенных зонах, окружающих овалом полюса планеты. Такие овалы смещены в ночную сторону земного шара.

На дневной стороне земного шара (стороне, обращенной к Солнцу) овальная зона простирается от широты 75° до широты 85°, а на ночной – примерно от 60° до 70°. Интересно, что положение овала зоны является фиксированным относительно Солнца. В течение суток Земля совершает оборот под этим овалом.

Когда солнечная активность повышается, размеры зоны сияния значительно увеличиваются. После особо крупных волнений эта зона может так расшириться, что достигнет средних и даже низких широт. При этом заметно возрастает интенсивность свечения сияния. Как же объяснить это явление?

От нашей звезды Солнца во всех направлениях непрерывно распространяются электромагнитное излучение и потоки заряженных частиц (эти потоки называют солнечным ветром). Когда заряженные частицы попадают в земную атмосферу, на них действует магнитное поле Земли – наиболее сильное именно у полюсов. Сталкиваясь с атомами и молекулами атмосферы, частицы вызывают так называемую люминесценцию – свечение в атмосфере, что и представляет собой северное сияние.

Таким образом, северное сияние – это люминесцентное свечение, возникающее в результате взаимодействия заряженных частиц (электронов и протонов) с атомами и молекулами земной атмосферы.

Существует много описаний свечения моря, основанных на собственных наблюдениях этого впечатляющего природного явления. Большинство описаний принадлежит, естественно, мореплавателям. Они пишут о светящихся волнах, расходящихся от корабля, о световой дорожке за кормой, о полыхающих глубинах. Иногда свечение занимает огромные пространства; вокруг, сколько охватишь взглядом, увидишь светящиеся гребни, длинные светящиеся полосы, которые могут быть настолько яркими, что на низких облаках возникают блики. Особенное впечатление производят изменчивые световые «фигуры», состоящие из ярких пятен, полос, кругов, завихрений.

Очень яркое свечение бывает во время цунами – огромных волн, падающих на побережье, когда под морским дном или в прибрежной полосе происходит землетрясение. Приближаясь к берегу, такие волны сначала вызывают сильный отлив – море вдруг отступает, иногда на километры. И вслед за этим вода возвращается в виде волны, высота которой может достигать десятков метров. Ее удар сметает все на своем пути; волна разрушает дома, выбрасывает на берег суда, вырывает с корнем и ломает толстые деревья. Перед тем как вот-вот должна прийти волна цунами, наблюдается особенно сильное свечение моря. Морское дно, оголившееся при кратковременном отливе, полыхает ярким светом.