Ледяные кристаллы в облаках

Как же возникают гало? Все формы гало являются результатом преломления солнечных или лунных лучей в ледяных кристаллах облака либо их отражения от боковых граней или оснований кристаллов, имеющих форму шестигранных столбиков или пластинок. Строго говоря, на кристаллах происходит дифракция солнечных или лунных лучей.

Объясним возникновение гало на основании законов геометрической оптики. Тем более что подавляющее большинство наблюдаемых явлений весьма успешно объясняются законами преломления и отражения.

Ледяные кристаллы облаков относятся к так называемым гексагональным, так как их сечения, перпендикулярные главной оси кристалла, представляют собой шестиугольники. Правильные гексагональные кристаллы бывают двух крайних типов: с хорошо развитой главной осью (рис. 6.2 а) - это ледяные шестигранные столбики (по форме похожие на карандаши) или ледяные иглы, и с плохо развитой главной осью (рис. 6.2 б) - это шестигранные пластинки. Ко второму типу относятся все виды снежинок.

Рис. 6.2. Ледяные кристаллы: а - с хорошо развитой главной осью, б - с плохо развитой главной осью

Кристаллы в облаке живут сложной жизнью. Они совершают самые разнообразные движения, то опускаются, то поднимаются, испытывая действие многих процессов, происходящих в различных частях облака. Кристаллы могут обтаивать, опускаясь в более теплые слои, или, наоборот, на их концах и углах может откладываться изморозь. Таким образом, в частности, шестигранные пластинки превращаются в снежинки. Кристаллы смерзаются, слипаются, у снежинок обламываются концы и т. д. В результате этих процессов кристаллы теряют правильную форму.

Хотите убедиться в этом? Посмотрите на снежинки, упавшие на рукав темного пальто или на любую темную поверхность. Найдете ли вы хоть одну снежинку, у которой все шесть лучей имеют одинаковую длину? Или две во всем одинаковые снежинки? Нет. Обязательно один или два, а то и три лучика обломаны. Все концы у снежинки оказываются разной длины.

В образовании гало разных форм большую роль играет ориентация кристаллов, т. е. положение их главных осей, при падении в атмосфере. Известно, что все тела, в том числе и кристаллы, при падении в воздухе испытывают аэродинамическое торможение и стремятся ориентироваться так, чтобы встретить максимальное сопротивление воздуха. В то же время броуновское движение и атмосферные флюктуации способствуют хаотической ориентации кристаллов. Эти факторы сильнее действуют на мелкие кристаллы или тонкие столбики, поэтому у них преобладает хаотическая ориентация. На большие столбчатые кристаллы и пластинки сильнее действует аэродинамическое торможение, и они падают ориентированно. Переход от хаотического к ориентированному положению определяется отношением толщины кристалла к его длине. Если это отношение приблизительно равно 1, такие кристаллы называют кубикообразными.

Таким образом, большие ледяные столбики и иглы падают так, что их главные оси принимают горизонтальное положение, т. е. боковой гранью вниз, достаточно большие пластинки или снежинки - так, что их главные оси принимают вертикальное положение, т. е. основаниями вниз, а разнообразные кристаллы неправильной формы падают при хаотическом положении главных осей.