Как же могут получаться такие необыкновенные изображения в воздухе? Каковы причины этого явления, называемого в науке гало?

Изучая появление на небе гало – ложных солнц, светящихся крестов, столбов, кругов, дуг, ученые уже давно заметили, что это явление бывает тогда, когда Солнце затянуто белой, блестящей дымкой – тонкой пеленой высоких перистых облаков. Такие облака плавают на высоте 6–8 километров над землей и состоят из мельчайших кристалликов льда. Эти-то кристаллики и являются причиной появления на небе гало. Самые различные, диковинные формы этого интереснейшего явления природы возникают благодаря преломлению и отражению солнечных лучей в ледяных кристалликах, плавающих в воздухе.

Однако, чтобы хорошо разобраться в том, как возникают на небе гало, надо знать о некоторых законах распространения света.

В однородной среде свет распространяется строго прямолинейно. Лишь при переходе из одной среды в другую лучи света изменяют свое направление, преломляются. Так преломляется луч света, попадая из воздуха в воду. Практически считается, что в воздухе распространение света происходит всегда по прямым линиям. Однако на самом деле это не так. Свет распространяется в воздухе совсем не прямолинейно. Летом в жаркий день все предметы на горизонте кажутся нам как бы дрожащими. Ясно, однако, что дрожат не сами предметы, а их изображения. Лучи света, отраженные этими предметами и идущие к нашим глазам, беспрерывно изменяют свое направление. Путь их не прямолинеен. Прямолинейное распространение света нарушается струйками теплого воздуха, поднимающимися от земли.

Преломление световых лучей в атмосфере называют рефракцией. Небольшие преломления световых лучей в атмосфере происходят всегда (исключая только один случай, когда лучи от небесного тела падают в наш глаз отвесно). Благодаря рефракции мы видим небесные светила несколько выше, чем они находятся в действительности. Вечером мы видим Солнце через 10–15 минут после того, как оно уйдет за горизонт.

Точно так же и изображения всех далеких предметов мы видим немного выше и ближе, в сравнении с действительным положением этих предметов.

Рефракция света в атмосфере Земли – явление обычное, вполне объяснимое. Окружающий нас воздух не представляет собой однородной массы. Он состоит из слоев самой различной плотности. Свет проходит по существу через различные среды. Каждый раз при переходе от слоя одной плотности к слою иной плотности луч света преломляется, изменяет свой прямолинейный путь.

Около трехсот лет назад было установлено, что белый свет – свет сложный. Он состоит из суммы цветных лучей. Это можно видеть на простом опыте. Возьмите трехгранную стеклянную призму и поставьте ее на пути пучка лучей света (рис. 24). Пройдя через такое стекло, свет изменит свое направление, или, как говорят, преломится, и при этом распадется на свои составные части, на цветные лучи. Если за призмой на пути солнечных лучей поставить какой-либо экран, например лист бумаги, на нем будет ясно видна широкая многоцветная полоса. Такую полосу называют спектром. В ней легко можно выделить семь цветов – красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Расположение их всегда одинаково: за красным всегда идет оранжевый, за зеленым – голубой и т. д.

Почему же луч белого света, проходя через стеклянную призму, разлагается на свои составные части? Почему этого не происходит в других случаях, например, когда луч света проходит через оконное стекло или когда свет преломляется, входя в воду?

Разложение белого света стеклянной призмой объясняется тем, что отдельные цветные лучи преломляются в ней не одинаково: одни больше, другие меньше. Поэтому-то они и становятся видны после того, как белый луч пройдет сквозь призму. Наоборот, в других стеклах, например в оконном стекле, все цветные лучи, составляющие белый свет, преломляются в одинаковой степени, и вы видите поэтому тот же белый луч.

Рис. 24. Стеклянная призма разлагает белый свет в спектр.

Понятно и то, почему разноцветные полоски всегда располагаются в одном и том же порядке – от красного до фиолетового. В стеклянной призме всегда меньше всего преломляется красный луч, а больше всего – фиолетовый. Значит, и положение цветов в спектре всегда будет одинаковым.

Разложение света на спектральные цвета можно очень часто наблюдать в природе. Посмотрите, например, на водяную пыль фонтана, освещенную солнцем, и вы увидите в брызгах воды маленькую многоцветную полосу. Яркие радужные краски можно увидеть порой и в снежных узорах на окнах, и в капельках росы под лучами Солнца.

Благодаря разложению белого солнечного света на спектральные цвета люди видят одно из самых красивых явлений – радугу.

ЗАГАДКА РАДУГИ

Радугу мы видим довольно часто.

Формы этого явления бывают различными. Радуга появляется в виде одной многоцветной дуги и в виде двух-трех и более дуг. Над большими водоемами иногда появляется, вместе с радугой в ее обычной форме, радуга «вверх ногами», перевернутая радуга. Редкое явление одновременно четырех радуг наблюдали в Ленинграде в 1948 году, над Невой.

Причина появления радуги заключается в том, что белый солнечный свет при известных условиях разлагается на спектральные лучи.

Рис. 25. Необычного вида радуга над водой.

Но что же выполняет в природе роль стеклянной призмы? Оказывается, дождевые капли. Лучи света испытывают в них полное внутреннее отражение.

Внешнее отражение лучей света от поверхности того или иного предмета всем хорошо знакомо. Благодаря полному внешнему отражению мы видим изображения в зеркале.