В связи с облаками в атмосфере наблюдаются различные световые
(оптические) явления. Практического значения они не имеют, но дают
некоторые сведения о характере облаков, с которыми они связаны. Эти
явления обусловлены отражением, преломлением и дифракцией света в
каплях и кристаллах облаков.
1. В ледяных облаках верхнего яруса, особенно в перисто-слоистых,
возникают явления гало. К ним относятся прежде всего светлые круги
радиусом 22 или 46°, центры которых совпадают с центром солнечного
(или лунного) диска. Они слабо окрашены в радужные цвета (красный
внутри). Кроме этих основных форм гало, наблюдаются ложные солнца-
слегка окрашенные светлые пятна на одном уровне с солнцем и па
угловом расстоянии от него также 22 или 46°. К основным кругам
присоединяются иногда различные касательные дуги к ним. Наблюдаются
еще неокрашенные вертикальные столбы проходящие через солнечный
диск, т. е. как бы продолжающие его вверх и вниз, а также
неокрашенный горизонтальный круг на одном уровне с солнцем.
Окрашенные гало объясняются преломлением света в шестигранных
призматических кристаллах ледяных облаков, неокрашенные (бесцветные)
формы - отражением света от граней кристаллов.
Разнообразие форм гало зависит в основном от типов и движения
кристаллов, от ориентации их осей в пространстве, а также от высоты
солнца.
Гало в 22° обусловлено преломлением света боковыми гранями
кристаллов при беспорядочной ориентации их главных осей во всех
направлениях. Лучи света входят в одну из боковых граней и выходят
из другой - не смежной, а образующей с первой угол 60°. При этом,
как показывают расчеты, минимальное отклонение лучей от
первоначального направления равно примерно 22° (для красных лучей
немного меньше, для фиолетовых немного больше). Лучи наименее
отклоненные обладают максимальной интенсивностью. Таким образом,
вокруг диска светила возникает светлый круг радиусом около 22° с
некоторым спектральным расчленением окраски.
Если главные оси имеют преимущественно вертикальное направление, то
по обе стороны от солнечного диска (также на расстоянии 22°) вместо
светлого круга возникают два светлых пятна - ложные солнца.
Гало в 46° (и ложные солнца в 46°) обусловлено преломлением света
между боковыми гранями и основаниями призм, т. е. с преломляющим
углом 90°. Угол минимального отклонения при этом равен примерно 46°.
Горизонтальный круг обусловлен отражением света боковыми гранями
вертикально расположенных кристаллов, а солнечный столб - отражением
света от кристаллов, расположенных преимущественно горизонтально.
2. В тонких водяных облаках, состоящих из мелких однородных капель
(обычно это высоко-кучевые облака) и закрывающих диск светила,
возникают явления венцов. Венцы возникают также в тумане около
искусственных источников света.
Основная, а часто единственная часть венца - светлый круг небольшого
радиуса, окружающий вплотную диск светила (или искусственный
источник света). Круг этот в основном имеет голубоватый цвет и лишь
по внешнему краю - красноватый. Его называют также ореолом. Он может
быть окружен одним или несколькими дополнительными кольцами такой
же, но более светлой окраски, не примыкающими вплотную к нему и друг
к другу. Радиус ореола равен 1-5°. Он обратно пропорционален
диаметрам капель в облаке, поэтому по нему можно определить размеры
капель в облаках.
Венцы обусловлены дифракцией спета на мельчайших каплях облаков,
которые образуют своего рода дифракционную решетку. Вокруг каждой
точки диска светила образуется дифракциониый спектр или несколько
спектров, имеющих кольцевую форму. Они налагаются друг на друга,
причем их цвета сливаются и дают голубоватый оттенок. Только
спектры, образованные точками, расположенными по краю диска светила,
создают кайму красноватого цвета вокруг внешней периферии каждого
кольца.
Венцы вокруг искусственных источников света малых размеров (по
сравнению с дисками светил) имеют более богатые радужные цвета.
Явление иризации облаков (см. п. 15), по существу, такого же
происхождения, что и венцы.
Очень интересно явление глории. Глория подобна венцу, но возникает
она не вокруг солнца или луны, а вокруг точки, прямо противоположной
диску светила. Наблюдается она на облаках, расположенных прямо перед
наблюдателем или ниже его, т. е. в горах или с самолета. На эти
облака падает тень наблюдателя* и глория представляется наблюдателю
расположенной вокруг тени его головы. Глория объясняется дифракцией
света, до этого уже отраженного в каплях облаков так, что он
возвращается от облаков в том же направлении, по которому падал.
3. Всем известно эффектное явление радуги. Радуга наблюдается на
фоне облаков, из которых выпадает дождь, если эти облака освещены
солнцем. Это светлая дуга радиусом около 42°, окрашенная в
спектральные цвета: по внешнему краю в красный, по внутреннему в
фиолетовый, а между ними в остальные цвета спектра. Дуга радуги
является частью окружности, центр которой лежит на прямой,
соединяющей центр солнечного диска с глазом наблюдателя (изредка
наблюдается и лунная радуга). При перемещении наблюдателя вместе с
ним перемещается и видимая им дуга. Если солнце низко над
горизонтом, то центр радуги тоже располагается у горизонта, и она
представляет собой почти полуокружность. По мере поднятия солнца над
горизонтом радуга опускается под горизонт. При высоте солнца 42° и
более радуги не видно вовсе. С самолета иногда удавалось наблюдать
радугу в виде почти полного круга.
Кроме основной радуги (первой), нередко можно различить более слабую
дополнительную (вторую) радугу радиусом около 50° с фиолетовым
цветом по наружному краю, а изредка даже третью и четвертую радугу.
Иногда можно заметить дополнительные радуги и внутри основной.
Интенсивность света, ширина и окраска радуги сильно варьируют в
зависимости от размеров капель.
Условия, при которых наблюдается типичная радуга (освещенное солнцем
облако с дождем), имеются преимущественно в случае кучево-дождевых
облаков, так как для образования типичной радуги необходимы
достаточно крупные капли таких облаков или выпадающего дождя. Но
радуга может иногда наблюдаться и на фоне облаков с мелкими каплями,
даже на фоне тумана. В этом случае она широкая, почти белого цвета,
со слабо окрашенными краями.
Наблюдается радуга и в брызгах морских воли, водопадов и фонтанов.
Радуга объясняется преломлением солнечных лучей при входе и выходе
из капель, их отражением внутри капель и явлениями дифракции на
каплях.
