Световые столбы в небе. Световые столбы в небе

Атмосферные оптические явления поражают воображение красотой и многообразием создаваемых иллюзий.

Наиболее эффектными являются столбы света, ложные солнца, огненные кресты, глория и брокенский призрак, которые часто люди незнающие принимают за Чудо или Богоявление.

Столбы света – это оптический эффект, представляющий собой вертикальные полосы света, тянущиеся от яркого объекта вниз или вверх.

С точки зрения физики, иллюзия вызывается ледяными кристаллами (шестиугольными плоскими или столбовидными) с практически горизонтально-параллельными плоскими поверхностями. Такие кристаллы образуются в перистых облака, а чаще – перисто-слоистых облаках высоких слоев атмосферы. Но чем ниже температура воздуха, тем возможно образование взвеси ледяных кристаллов и на более низких слоях атмосферы. Поэтому зимой частота встречи с данным явлением выше. Световые столбы похожи на дорожку света, только не на воде, а в небе. Удивительную иллюминацию в небе способны зажечь не только Солнце, Луна, Венера, но и обыкновенный уличный фонарь.

Появление в небе столба света предвещает возникновение других оптических явлений, которые образуются с помощью кристаллов льда – гало и ложные солнца .

Крайне редко световой столб сопровождает такая иллюзия, как . В идеале, он представляет собой замкнутую окружность, проходящую через Солнце.

Игры света (ложные солнца, ложные луны, огненные кресты и др.) возникает, когда лучи светила попадают на грани ледяных кристаллов и отражаются, словно в зеркале, либо преломляются как в призме.

Например, появление в небе светлого горизонтального круга параллельного горизонту, обусловлено отражением лучей солнца от граней кристалла. Это отражение видят наши глаза, но «воспроизводят» изображение Солнца не там, где оно находится в действительности, а на линии, прямо идущей от глаз и примерно на той же высоте, что и действительное Солнце. Множество отражений солнечных лучей от кристаллов сливаются, и наши глаза видят сплошную светлую окружность, параллельную горизонту.

Появление огненного креста в небе , объясняется следующим образом – от Солнца (находящегося низко над горизонтом или которое село) поднимается высоко столб света. Он пересекается с видимой частью гало-круга, и в небе мы видим крест. Часто на фоне заката он имеет красноватый оттенок.

Если Солнце стоит невысоко над горизонтом, и ледяные шестигранные кристаллы расположились в атмосфере вертикально, то вероятность наблюдать ложные солнца в небе (светящиеся пятна размером с действительное Солнце) достаточно велика.

Вышеописанные природные явления называют сложными гало , они достаточно редки и находятся под пристальным наблюдением ученых. Их изучение позволяет определять, какое количество ледяных кристаллов и капель воды находится в облаках, какой величины частицы, образующие атмосферные слои.

Латинское gloria (ореол), дало имя еще одному удивительному атмосферному явлению – разноцветным кольцам вокруг тени наблюдающего , отбрасываемой на облако, обогащенное каплями воды. Глорию сравнивают с радугой в миниатюре. Угловой размер иллюзии колеблется от 5 до 20° и почти всегда выглядит как полный круг. Физики полагают, что глория образуется за счет дифракции света, отраженного каплями влаги. Чтобы увидеть глорию, нужен яркий источник света и облако, например, на вершине гор можно найти подходящие условия. Ваша тень, отбрасываемая на облако, будет окружена разноцветными кольцами – глорией. Потрясающие фото иллюзии получаются с борта самолета. Если Солнце располагается так, что видна тень самолета на облаке, то ее буду окружать радужные кольца.

Глория частая спутница Брокенского призрака – оптической иллюзии, названной в честь горы Брокен, расположенной в Германии. Это самая высокая точка горного массива Гарц окружена туманом 306 дней в году. А сам Брокенский призрак представляет собой тень, отбрасываемую на туман или облако. Движение тумана создает впечатление, что тень двигается, даже если сам человек стоит неподвижно, а трехмерность «туманной» тени не позволяет наблюдателю оценить ее истинный размер (она кажется огромной).

Столбы света над фонарями.

Если зимой в тихую, морозную ночь вы выйдете на городскую площадь, освещенную фонарями, и если существуют некоторые благоприятные обстоятельства, о которых будет сказано чуть позже, то, может быть, вам посчастливится быть свидетелем редкого эффектного зрелища: вы увидите над площадью лес светящихся столбов. Световой столб стоит над каждым фонарем строго вертикально и уходит далеко вверх. Можете обойти фонарь со всех сторон, световой столб останется на своем месте.

В книге М. Миннарта «Свет и цвет в природе» кратко говорится об этом явлении. Там сказано, что оно наблюдается в Канаде и в России и что причина его - отражение света мелкими ледяными частицами, взвешенными в воздухе. От этого еще довольно далеко до детального объяснения механизма возникновения световых столбов.

То, что в создании световых столбов участвуют мелкие снежинки или льдинки, находящиеся в атмосфере, не вызывает никаких сомнений. Освещенные фонарем снежинки и льдинки блестят, как будто сами светятся. Но почему светится только столб, стоящий над фонарем?

Проделав простой эксперимент, вы убедитесь, что появление столбов связано со стереоэффектом. Вы смотрите на фонарь, закрыв правый глаз, и вместо столба видите вертикальную полоску сверкающих снежинок, находящихся в воздухе между глазом и фонарем, но несколько выше его. Такую же полоску вы видите, когда смотрите, закрыв левый глаз,- это сверкают снежинки в другой области, а именно в той, которая находится между правым глазом и фонарем. Теперь откроем оба глаза: два изображения, две сверкающие полоски сливаются, и вы видите световой столб. Уже над фонарем. Еще раз подчеркнем - это своего рода оптический обман, вы видите две разные светящиеся полоски, два разных объема воздуха со своими сверкающими частицами - один перед правым глазом, а другой перед левым.

А теперь подумаем: почему сверкающие полоски вертикальны и почему снежинки сверкают только тогда, когда попадают в вертикальную плоскость, проходящую через глаз и через источник света? Почему не видны снежинки за пределами этой плоскости?

Снежинки - это, как правило, плоские звездочки: в центре маленький шестиугольник, от его углов растут шесть лучей с веточками, параллельными кромкам шестиугольника. От этих веточек отрастают другие, и в итоге звездочка может принять довольно сложные формы. Процесс кристаллизации влаги идет от центра снежинки, и это позволяет понять, какие промежуточные формы принимает звездочка.

В начальной стадии частички льда прилипают к углам правильного шестиугольника и их цепочки от двух соседних углов растут навстречу друг другу. Из таких цепочек вырастает новый геометрически подобный шестиугольник большего размера, или, иными словами, первоначально возникший шестиугольник увеличивается.

Но вот наступает такой момент, когда растущие цепочки не успевают встретиться, а на углах уже начинают нарастать новые цепочки. И тогда на углах получаются микроскопические плоские ледяные елочки с веточками, параллельными сторонам шестиугольника. Дальше на лучах нарастают новые палочки, и звездочка становится все более сложной.

Если влаги в атмосфере мало, процесс заканчивается на сравнительно ранней стадии и в воздухе рождаются мелкие снежинки в виде шестиугольников и самых простейших звездочек. Как мы увидим дальше, это и есть одно из «некоторых благоприятных обстоятельств», необходимых для возникновения световых столбов.

Теперь поговорим о том, как ведут себя эти мельчайшие снежинки при медленном падении в тихую погоду.

Строго говоря, следовало бы провести исследования падающих снежинок в реальных условиях, скажем, с помощью киносъемки. Но, предположив, что поведение снежинки в основном определяется ее формой, можно экспериментировать с моделью сравнительно больших размеров. Такие эксперименты автор проделал совместно с инженером А. А. Бородиным, в опытах использовались модели снежинок, вырезанных из бумаги. Были получены следующие результаты:

1. «Снежинки» с двумя взаимно перпендикулярными осями симметрии авторотируют. Авторотацией в аэродинамике называется движение тела, сопровождаемое вращением за счет взаимодействия с атмосферой.

3. Чем больше удлинение «снежинки», или отношение большей оси к меньшей, тем при той же ее площади вращение идет быстрее.

4. Правильные шестиугольники и шестиконечные звездочки вращаются вокруг оси, соединяющей противолежащие углы и лучи. Именно так авторотировали и наши бумажные «снежинки».

На первом рисунке изображен фонарь на столбе и наблюдатель, причем предполагается, что плоскость чертежа проходит через центр светящейся части фонаря (например, через центр шара из белого матового стекла) и через глаз наблюдателя. В этой же плоскости находятся четыре снежинки - 1, 2, 3, 4. Их оси вращения перпендикулярны к плоскости чертежа, а сами снежинки показаны в виде коротких черточек в тот момент своего вращения, когда свет от фонаря, отражаясь от снежинки, как от зеркала, попадает в глаз. Показанные четыре снежинки сверкают по два раза за оборот, а точнее, немного чаще или реже, так как, падая, меняют свое местоположение.

Точки 1, 2, 3, 4 со штрихами. Это - кажущееся положение световых точек; они создают иллюзию световой линии. По положению точки 4 видно, что световой столб может иметь участок ниже фонаря, если только он не слишком засвечивается прямым светом самого фонаря.

Падая и вращаясь, снежинки посылают световые вспышки в глаз до тех пор, пока не уйдут из вертикальной плоскости «глаз - фонарь» или пока их ось вращения не отклонится от перпендикуляра к этой плоскости.

Скорость падения снежинки невелика, а угловая скорость и, следовательно, число световых всплесков в секунду могут быть довольно большими.

На втором рисунке схематично показано, как расположены в плане фонарь и левый (л) и правый (п) глаза наблюдателя, а также несколько снежинок, посылающих световые вспышки в сторону наблюдателя. Для наглядности диаметр фонаря, а следовательно, и углы сильно преувеличены.

Сделано это для того, чтобы яснее показать: снежинки, которые видит наблюдатель, располагаются в пределах некоторых углов. То есть наблюдатель видит не линии, а светящиеся полосы, которые и создают в итоге иллюзию световых столбов. Нетрудно сообразить, что число снежинок, которые находятся между фонарем и глазом и блеск которых видит наблюдатель, будет тем больше, чем больше углы αл и αп. Можно даже подсчитать долю этих видимых снежинок в общем числе снежинок, падающих на землю в пространстве, которое ограничено вертикальными плоскостями, проходящими через линию, a-л и b-л (для левого глаза) и c-п и d-п (для правого глаза). Доля эта довольно велика, примерно она равна (αл+αп):360.

Может быть также подсчитано относительное число снежинок, которые находятся за пределами углов αл и αп, но тем не менее в каком-то определенном положении направляют отраженный свет точно в глаза наблюдателя (положение оси авторотации такой снежинки отмечено цифрой 5 на втором рисунке). Расчеты показывают, что за пределами углов αл и αп вероятность существования снежинок в таком положении чрезвычайно мала. Именно поэтому наблюдатель и видит яркий свет, отраженный авторотирующими снежинками только в пределах сравнительно небольших углов αл и αп видит световые столбы.

Н. Фадеев

Свет

Образование

За этим удивительным феноменом мы можем наблюдать благодаря игре света с ледяными кристаллами, которые образуются в верхних слоях атмосферы – обычно в перистых (даже – в перисто-слоистых) облаках, что находятся на расстоянии, превышающем 8 тыс. км над уровнем моря. В холодную пору года кристаллы эти образуются несколько ниже, благодаря чему световые столбы заметить намного легче, к тому же они в этот период принимают более чёткую форму.

Появляется световой столб следующим образом:

Свет Солнца (Луны) отбивается от падающих вниз плоских шестиугольных или столбовидных малюсеньких ледяных кристалликов. Падая, шестиугольные кристаллы принимают абсолютно ровное, горизонтальное положение. Столбовидные – наоборот, вниз опускаются стоячими рядами. «Повиснув» в холодной атмосфере, кристаллики исполняют роль призмы, преломляя и отражая луч света.
Свет, отражаясь, визуально как бы расширяется и образует плавающую в воздухе линзу, из которой выходит сильный луч – солнечный столб. Наблюдатель увидит это удивительное явление лишь в том случае, если грань, отражающая свет, будет развёрнута к его глазу.
Какие именно кристаллы создадут световой столб, будет зависеть от того, где именно в этот момент окажется небесное светило. Если оно будет находиться под углом в шесть градусов над поверхностью Земли, то световые столбы будут образованы плоскими шестиугольными кристаллами, если же Солнце (Луна) окажется под углом в двадцать градусов над уровнем моря – сияющую колонну образуют столбовидные кристаллы.

Световой столб нередко сопровождает паргелический круг в виде светлой полосы, огибающей всё небо на той же высоте, что и небесное светило. Если наблюдателю повезёт, он сможет увидеть не только сияющую колону, но также и замкнутую окружность, проходящую через настоящее Солнце.

Феномен искусственного происхождения

Источником света для возникновения этого феномена могут быть не только небесные светила, но и искусственные приборы (например, прожектора, садовые или городские фонари), расположенные на земной поверхности. Чем ниже находится источник света, тем длиннее окажется луч – именно поэтому искусственные столбы часто оказываются длиннее, чем те, которые образовались с помощью природных светил.

Обычно ледяные кристаллы испаряются, не достигнув земной поверхности, когда на улице минусовая температура, а плоские падающие ледяные кристаллики возле земли преобразовываются в некоторое подобие ледяного тумана, который способен отображать наземные огни, образовывая колонны, чрезвычайно схожие со световыми столбами.

Интереснейшее явление в природе, которое наблюдается довольно часто, – возникновение световых столбов, будто соединяющих небо и землю. Их появление многие народы принимали за различные предзнаменования - как добрые, так и зловещие.
Кто-то объявлял их проявлением божественной благосклонности, а кто-то – угрозой сильнейших разрушений, мора и голода.

ЧТО ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ ЭТО ЯВЛЕНИЕ

Световые столбы, появляющиеся в небе, – совершенно вертикальные, ярко сияющие колонны, тянущиеся от солнца (или луны) к земле или от нее к светилу во время заката или восхода, т. е. тогда, когда источник света располагается низко, у горизонта. Увидеть их можно выше или ниже солнца (луны), все зависит от места нахождения наблюдателя. Цвет столба идентичен оттенку светила в этот момент: если оно желтое, то и явление такое же.

Световой (или солнечный) столб (англ. Light pillar) - один из самых частых видов гало, визуальное явление, оптический эффект, который представляет собой вертикальную полосу света, тянущуюся от солнца во время его заката или восхода. Явление вызывается шестиугольными плоскими либо столбовидными ледяными кристаллами с почти горизонтальными параллельными плоскими поверхностями.

Как трактуют ученые Световые столбы – весьма распространенный вариант гало - так называемого оптического феномена, появляющегося при определенных условиях вокруг источника света? Когда впервые видишь это явление, трудно поверить в естественную природу его происхождения – настолько явственно сходство с лучами прожектора.

На самом деле свет солнца (или луны) взаимодействует с образовавшимися в слоях атмосферы ледяными кристаллами, которые отражают его. Подобное объяснение слишком просто, оно характеризует механизм появления феномена, но не проясняет тех условий, при которых возникновение световых столбов становится возможным. Разберемся, при каких обстоятельствах это явление происходит и что означает.

СВЕТОВЫЕ СТОЛБЫ: КАК ВОЗНИКАЮТ И ПОЧЕМУ МЫ ИХ ВИДИМ

Чаще всего появляются подобные оптические эффекты в холодное время года. Это обусловлено тем, что для возникновения столба в атмосфере Земли должны образоваться кристаллики льда, а солнце – находиться достаточно низко. При пониженных температурах воздуха в атмосфере образуется множество шестигранных ледяных кристалликов, способных отражать лучи света.

Но нередки случаи возникновения подобного эффекта и в более теплое время года. Это может происходить в тот период, когда на небе наблюдают перистые облака – в них также образуются столбовидные шестигранные кристаллы льда

Солнечные или лунные лучи, врываясь в атмосферу со скоростью свыше 300 тыс. км в секунду, сталкиваются со взвешенными в воздухе ледяными кристаллами. Именно это обстоятельство основополагающее для появления гало. Игра света с этими льдинками позволяет наблюдать за потрясающим феноменом, образующимся на высоте около 8 км. В мороз кристаллы льда образуются значительно ниже, и благодаря этому световые столбы (фото представлено в статье) имеют очень четкие контуры и зрительно воспринимаются лучше. Зрелище это потрясающее – красивое и волнующее.

ОБРАЗОВАНИЕ СТОЛБА

Учеными прослеживается несколько вариантов образования оптического эффекта в зависимости от формы кристаллов и нахождения источника света. Появляются световые столбы так: Если кристаллы льда имеют плоскую шестиугольную форму, то при падении они принимают горизонтальное положение, столбовидные же опускаются ровными стоячими рядами. Повиснув в холодном воздухе, они выполняют роль призмы, преломляя попадающий на них световой луч.

Отраженный свет образует своеобразную линзу, плавающую в воздухе и пропускающую через себя мощный луч. Какие кристаллы участвуют в создании подобного эффекта (плоские или столбовидные), зависит от нахождения светила в этот момент. В положении под углом 6˚ к поверхности земли – это плоские шестигранники. Если же солнце окажется под углом 20˚, значит, световая колона образована преломлением в столбовидных кристаллах.

Из блогов: -"..Мне бабушка моя рассказывала, что столбы света в небе люди видели перед войной. На утреннюю смену на завод они с подругами шли, а перед проходной толпа. Спрашивают, чего не входят, а те им на небо показывают. А там широкие, яркие полосы на рассветном небе.
Уж не знаю, такие столбы или нет..."

ФЕНОМЕН ИСКУССТВЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Итак, холод и влажность – вот главные составляющие в возникновении благоприятных предпосылок для образования в атмосфере Земли взвешенных ледяных кристалликов, ограненных с шести сторон. В них может преломляться свет от различных источников - как от небесных, так и уличных прожекторов или автомобильных фар. Свет, преломляющийся в них, дает специфический эффект, представляющий собой перпендикулярную земле, резко очерченную яркую полосу. Жители северных городов бывают свидетелями редкого явления, имя которому – световой лес.

Происходит это потому, что падающие плоские кристаллы-шестигранники зимой не испаряются по дороге к земле из-за минусовой температуры, а превращаются в некое подобие густого тумана, способного отражать свет наземных источников и образовывать световые столбы, весьма схожие с природными. Такие лучи оказываются значительно длиннее, поскольку источник света расположен ниже.

ОТЛИЧИЕ ОТ СЕВЕРНОГО СИЯНИЯ

Природа возникновения этих двух оптических явлений различна. Полярные сияния – продукт вспышек геомагнитных бурь, когда магнитное поле планеты возмущено «порывами» солнечного ветра. Именно они, вторгаясь в магнитосферу Земли, заставляют ее светиться наподобие того, как это делает кинескоп телеприемника. Обычно северное сияние проявляется зеленовато-сиреневыми всполохами на большой площади небесного свода.

ЯПОНСКИЕ СТОЛБЫ

В японской Осаке 21 августа сразу после ударов молний и начавшейся сильной грозы некоторые жители были шокированы необычным явлением, световыми столбами. Фото взяты из твиттера. Один из авторов пишет, что хотел лишь заснять молнию, а получилось заснять вот такой столб, возникший сразу после удара молнии. Он назвал это явление "Удар с Лапуты" (Лапута - летающий город в облаках).

Световой (или солнечный) столб - один из самых частых видов гало. Это визуальное атмосферное явление, оптический эффект, который представляет собой вертикальную полосу света, тянущуюся от солнца во время его заката или восхода. Явление вызывается шестиугольными плоскими либо столбовидными ледяными кристаллами с почти горизонтальными параллельными плоскими поверхностями. Взвешенные в воздухе плоские кристаллы вызывают солнечные столбы, если солнце находится на высоте 6 градусов над горизонтом либо позади него, столбовидные - если солнце находится на высоте 20 градусов над горизонтом. Кристаллы стремятся занять горизонтальную позицию при падении в воздухе, и вид светового столба зависит от их взаимного расположения.

Световой столб возникает, когда солнечный свет от поверхностей мельчайших ледяных кристаллов, представляющих собой ледяные пластинки или стержни с шестиугольным сечением, взвешенных в воздухе. Такие кристаллы образуются в высоких перистых облаках, наиболее часто в перисто-слоистых. При низких температурах подобные кристаллы также могут образовываться и в более низких слоях атмосферы. Поэтому, световые столбы чаще наблюдаются в холодное время года. При формировании светового столба свет либо от верхней или нижней поверхности ледяной пластинки, либо от торцов или граней ледяного стержня.

В редких случаях световой столб может сопровождаться так называемым паргелическим кругом. Он представляет собой светлую полосу, которая видна на небе на той же высоте, что и Солнце. При благоприятных условиях она составляет замкнутый круг, проходящий через Солнце и ложные Солнца.

Световые столбы нередко формируются вокруг луны, городских огней и других ярких источников света. Столбы, исходящие от низко расположенных источников света, обычно намного длиннее, чем солнечные или лунные столбы. Чем ближе к световому столбу находится наблюдатель, тем меньше сказывается расположение кристаллов в пространстве на внешнем виде столба.

По древней легенде человек, увидевший столб света, обретет несметное богатство и счастье. Ведь теперь – он избран, и ему явилось божественное знамение.

Некоторые особо скептически настроенные наблюдатели не видят в явлении как мистических, так и природных первопричин, считая световые столбы лучами обыкновенных прожекторов.

С появлением историй про НЛО и расцвета увлечения уфологией, это явление связывали с долгожданным прибытием космических пришельцев. Но если вам посчастливится увидеть столб света, не пугайтесь! Это не инопланетный корабль пытается втянуть на борт очередную жертву, а ледяные частицы вполне естественного происхождения отражают свет Луны или Солнца.