Венцы

Посмотрите на заднюю обложку книги. Луна, окруженная ярким красным ореолом, просвечивает сквозь тонкую пелену облаков. Мороз около 30° С. В воздухе, медленно опускаясь, искрятся кристаллики льда. Оседая на мельчайших ветках деревьев, они образуют причудливые серебристые подвески, сверкающие бриллиантовой пылью. По народному выражению, это "лють летит!" Пушистый осадок на тонких веточках деревьев и кустарника часто называют инеем, хотя его правильное название "изморозь".

Яркое кольцо на снимке, окружающее Луну, называется венцом. Когда Солнце или Луна просвечивают сквозь тонкие облака, состоящие из водяных капель или кристаллов, они часто кажутся окруженными голубоватым сиянием в виде кольца, непосредственно примыкающего к диску светила и оканчивающегося наружным красным краем. Это так называемый ореол ИЛИ венец первого порядка. За ореолом следуют концентрические с ним венцы второго, третьего и следующих порядков, разделенные темными промежутками. Расположение цветов во всех кольцах одинаковое: внутренний край синевато-зеленоватый переходит в желтый, оранжевый и кончается наружным красным краем. Обычно виден только один ореол; иногда число колец доходит до трех-четырех. Размеры венцов бывают самыми различными. Чаще всего угловой радиус красного края ореола изменяется от долей градуса до 4 - 5°.

Венцы, как правило, образуются в таких капельно-жидких облаках, как тонкие высоко-кучевые и слоисто-кучевые. Из кристаллических облаков чаще всего дают венцы перисто-слоистые, иногда перисто-кучевые.

Венцы называют малыми кругами вокруг Солнца или Луны, в отличие от больших кругов гало, размер которых составляет 22°, 46° и более. Они одинаково часто появляются вокруг Солнца и Луны, однако в ярком свете Солнца и неба вокруг него венцы плохо различимы. Их можно видеть через закопченное стекло, дымчатые очки или наблюдая отражение Солнца в спокойной воде.

Венцы в облаках, состоящих из капелек (высоко-кучевых и слоисто- кучевых), не очень красивы. Обычно виден только один ореол, в виде голубовато-белого сияния, даже красный край плохо заметен. Это объясняется наличием в этих облаках капелек разного размера. Каждый размер дает свой венец, накладываясь друг на друга, венцы капель разного размера "смазывают" картину. В кристаллических облаках (перистых и перисто- слоистых) кристаллы ближе по размерам друг к другу, и цвета в венцах получаются более чистыми и яркими. Ореол сопровождается несколькими добавочными кольцами.

Вокруг искусственных источников света также могут появиться венцы. Например, вокруг уличных фонарей в туманную погоду. Или другой пример.

Вы едете в холодную погоду в плохо освещенном трамвае или троллейбусе, стекла которого запотели или покрыты морозными узорами. Когда трамвай проходит мимо ярких уличных фонарей, на его стеклах мгновенно появляются, как бы вспыхивают, яркие венцы.

Венцы вокруг Солнца и Луны возникают за счет однократного рассеяния, или дифракции, лунного и солнечного света на капельках или кристалликах облаков. Распределение яркости в венцах описывается теорией дифракции вокруг малых отверстий (капелек) или узких щелей (кристалликов) (рис. 4.1).

Рис. 4.1. К объяснению дифракции света на каплях или кристаллах облака

Размер венцов определяется средними размерами капелек или кристалликов облака. Для капельно-жидких облаков эта связь наглядно видна в простой эмпирической формуле:

(4.1)

Для кристаллических облаков (из теории дифракции вокруг щели) имеет место аналогичного вида формула:

(4.2)

В этих формулах k - номер кольца (k = 1, 2, 3...), θ_k - угловой радиус кольца номер k, d - толщина кристаллика, λ - длина волны, а - радиус капелек облака.

Измерив размер венца, мы можем установить средний размер капелек или кристалликов облака. Наблюдая за изменениями размеров венцов (увеличиваются их размеры или уменьшаются, т. е. венцы "стягиваются"), можно судить о том, что происходит с элементами облака: укрупняются они или испаряются.

Формулы (4.1, 4.2) описывают положение темных колец (минимумов яркости). Но невозможно установить, где в темном кольце лежат минимумы (т. е. отсутствие света), соответствующие различным цветным лучам. Поэтому при проведении лабораторных экспериментов и при наблюдении в естественных условиях для определения среднего радиуса капель или толщины кристаллов облака (тумана) поступают следующим образом. Любым угломерным прибором (годится даже транспортир с циркулем) измеряется угловой радиус красного края кольца номер k, т. е. θk (желательно самого большого). Считают, что сразу за красным краем кольца лежит минимум некоторого условного "белого" света с длиной волны 0,57 мкм, равной среднему арифметическому из длин волн красного (0,70 мкм) и синего (0,45 мкм). Эта длина волны 0,57 мкм всегда и подставляется в (4.1).

Известен ряд других явлений, родственных венцам и имеющих одинаковое с ними дифракционное происхождение.