Світлові явища у хмарах

Краплі води та кристалики льоду створюють суттєву неоднорідність атмосфери. У краплинах води та кристалах льоду відбувається відбивання, переломлення та дифракція (розклад) сонячних променів. Тому у хмарах досить часто спостерігаються світлові або оптичні явища. Вони не мають ніякого практичного значення, але дають деяку інформацію про самі хмари, у яких вони виникають.

Гало спостерігається у хмарах верхнього ярусу, які складаються із кристалів льоду, особливо у перисто-шаруватих. Перш за все це світлі кільця з кутовим радіусом 22⁰ або значно рідше 46⁰, центри яких співпадають з диском Сонця чи Місяця. Вони мають слабко виражені кольори райдуги, червоний всередині. Поряд з цими основними формами гало спостерігаються ще другорядні або несправжні Сонця або Місяці. Через світило проходить білий круг, розташований паралельно горизонту. По обидва боки від світила під кутом 22⁰ або 46⁰ видно яскраві підфарбовані плями, які нагадують диск Сонця чи Місяця. До основних кіл інколи появляються дотичні дуги. Спостерігаються ще світлі вертикальні стовпи, які проходять через диск світила, які ніби продовжують його вверх-вниз, а також світлий горизонтальний круг на рівні світил. Вершиною оптичних явищ є рідкісне поєднання стовпів та круга – чітко виражений світлий хрест (мал.5.6.).

Підфарбовані гало виникають в результаті переломлення променів світла в шестигранних призмовидних кристалах льоду, а безколірні форми – відбиттям світла від граней кристалів. Форми гало залежать від типів та особливостей руху кристалів, від орієнтації їх вісі у просторі та висоти Сонця.

Гало розміром 22⁰ обумовлене переломленням променів боковими гранями кристалів при невпорядкованій орієнтації їх вісі у всіх напрямках, а розміром 46⁰ – переломлення променів між боковими гранями то основою призм.

Несправжні Сонця та Місяці виникають зимою при стійкій антициклональній морозній погоді. При дуже низькій температурі відбувається сублімація водяної пари у приземному шарі атмосфери і вона заповнюється великою кількістю дрібненьких кристалів льоду. Це ж буває при цих же умовах, але при дещо іншій формі кристалів і при низькому положенні світил над горизонтом. Отже, це свідчення дуже морозної антициклональної погоди.

Вінці або ореол. Виникають у висококупчастих хмарах, які закривають диск світилаі складаються з дрібненьких однорідних крапель води, а також у туманах навколо штучних джерел світла. Радіус вінців 1-5⁰ і він обернено пропорційний діаметру крапель, що дозволяє за радіусом явища визначити розміри крапель у хмарах.

Вінці – світле кільце, яке прилягає впритул до диску Сонця чи Місяця, голубуватого кольору, а зовнішній край червонуватий. Може бути з одним або кількома додатковими кільцями такого ж, але світлого кольору. Явище виникає в результаті дифракції (розкладу) світла у дрібненьких краплях води. Вінці навколо ліхтарів у тумані мають багатші кольори райдуги.

Глорія. Спостерігається на фоні хмар або туману, які розташовані прямо перед спостерігачем або нижче його, тобто явище можна спостерігати в горах або з літака. Це ореол навколо точки, прямо протилежної диску світила. На ці хмари падає тінь спостерігача і ореол вінчає тінь його голови. Глорія пояснюється дифракцією відбитого від крапель світла, коли Сонце поблизу горизонту. Часто можна бачити нечіткі контури диковинних істот, які нагадують людину, але велетенських розмірів. Істоти темно-сірого кольору безперервно змінюють форму, то наближаються, то віддаляються. Це явище одержало назву „брокенська примара”, за назвою вершини Брокен в горах Гарц (Середня Німеччина), де воно спостерігається досить часто. Явище було відоме в давнину у Західному Китаї за назвою „Пишність Будди”. Замість себе можна побачити чужу тінь. Відоме зображення на фоні хмар жінки з дитиною на руках – „Брокенське диво”.

Райдуга (народне веселка). Спостерігається на фоні хмар, з яких іде дощ і які підсвічуються прямими сонячними променями. Це кольорова дуга або напівколо радіусом близько 42⁰. Зовнішній край райдуги червоний, внутрішній фіолетовий, між ними решта кольорів спектру. Райдуга виникає в результаті переломлення сонячних променів при вході та виході із крапель, відбиттям їх всередині крапель і дифракцією променів на краплях.

Дуга райдуги є частиною кола, центр якого лежить на прямій, яка з’єднує око спостерігача з центром диску Сонця. Якщо спостерігач рухається, то рухається й райдуга. Коли Сонце поблизу обрію, то й центр райдуги там і її видно як напівколо. При збільшенні висоти Сонця над обрієм райдуга ховається за обрій. Коли висота Сонця досягає 42⁰ і більше то її не видно зовсім. Інколи з літака удавалось бачити райдугу у вигляді майже повного кола.

Інколи поряд з основною спостерігається друга райдуга. Вона слабше світиться, а її радіус близько 50⁰, зовнішній край її фіолетовий. Зовсім рідко можна спостерігати навіть третю та четверту райдуги. Інколи також можна спостерігати додаткові райдуги і всередині основної.

Ширина й забарвлення, інтенсивність свічення дуже змінюються залежно від розмірів крапель. Формується райдуга переважно на фоні купчасто-дощових хмар, які не вкривають усе небо. Райдугу видно і тоді, коли краплі великих розмірів плавають у хмарі, і тоді, коли вони випадають із хмари у вигляді дощу. Інколи райдугу можна спостерігати і на фоні хмар з дрібними краплями, навіть на фоні туману. Але у цьому випадку вигляд її інший: велика ширина, майже білого кольору, її краї мають слабке забарвлення. При відповідному освітленні райдугу можна спостерігати при розбризкуванні води водоспадами, фонтанами, морськими хвилями.