Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Несколько раз появлялись сообщения о наблюдении на облаках чередующихся темных и светлых полосок. В некоторых случаях такая рябь выглядела случайной, а иногда напоминала волны. Во время Второй мировой войны, ведя бои в районе Западного вала [82], американские военные замечали темные тени, плывущие поверх белых перистых облаков. Эти тени напоминали арки с центром в расположении немцев.

С чем могли быть связаны эти явления?

ОТВЕТ •Пока непонятно, как объяснить появление ряби. Считается, что она связана со звуковыми волнами, проходящими через кристаллики льда в облаках. Поскольку звука американские военные не слышали, вероятно, его источник находился далеко. Это могли быть удары тяжелой артиллерии или массированная бомбардировка за линией обороны противника. Звуковая волна ненадолго переориентирует кристаллики, изменяя яркость отраженного от них света. Согласно другой теории, звуковая волна очень быстро меняет степень конденсации в облаке, изменяя тем самым яркость облака вдоль движущегося возмущения.

Если при ярком солнце посмотреть на идущий вдалеке дождь, можно заметить горизонтальную линию, отделяющую более высокую и яркую область от более низкой и темной. С чем связано появление такой линии?

ОТВЕТ •Обычно температура воздуха уменьшается с высотой, а горизонтальная линия отмечает высоту, на которой падающие кристаллики льда начинают плавиться и превращаются в дождевые капли. Поскольку кристаллики отражают больше света, чем капли воды, область над линией выглядит ярче, чем под ней.

Если место, где вы живете, не освещает ночью рассеянный посторонний свет, вы можете заметить, что ночи бывают необычайно ясными, даже когда на небе нет луны. Иногда такие ночи связывают со звездопадом — метеорными потоками [83], полагая, что падающие осколки комет и астероидов освещают небо. Но сгорание метеора в небе происходит слишком быстро и не может служить дополнительным источником света. Есть ли еще какие-то причины, по которым безлунные ночи могут быть такими светлыми?

ОТВЕТ •Когда метеор проходит через атмосферу на высоте примерно 90 км, он разогревает воздух на своем пути. На разогретых участках образуется окись азота, которая затем, взаимодействуя с кислородом, образует двуокись азота. При этой реакции происходит испускание света в диапазоне длин волн, соответствующих зеленому, желтому и красному цветам. Привыкшие к темноте глаза чувствительны к такому свету. То есть поток метеоров может придать небу дополнительное свечение.

Темной безлунной ночью вдали от городских огней на небе можно увидеть два необычных светлых пятна. Зодиакальный свет — это треугольник молочного цвета. Его можно видеть на западе в течение нескольких часов после захода солнца или на востоке до рассвета. Вечером такой свет лучше всего виден во время весеннего равноденствия, а утром — во время осеннего равноденствия. Вытянутый треугольник зодиакального света в плоскости обращения Земли вокруг Солнца почти сравним по яркости с Млечным Путем.

Противосияние — слабый свет, который некоторые люди могут разглядеть на небе вблизи точки солнечного противостояния (точки, расположенной строго напротив солнца). Этот свет настолько слабый, что заметить его можно, только если очень темно и глаза адаптировались к почти полной темноте. Но, возможно, и тогда увидеть его можно будет только боковым зрением, не глядя на него прямо, а поводя глазами по небу из стороны в сторону. В Северном полушарии наблюдать противосияние, вероятно, лучше всего в октябре, когда звезды не такие яркие.

Бывает, что в ночном небе можно увидеть большие движущиеся светящиеся области, никак не связанные с зарей. Почему же появляются эти ночные огни?

ОТВЕТ •Зодиакальный свет и противосияние — результат рассеяния света на межпланетной пыли, источником которой, по всей видимости, являются кометы. Свет наиболее яркий при рассеянии вперед, менее яркий при рассеянии назад, а при других углах яркость света еще меньше. Пыль, ответственная за появление зодиакального света, находится внутри орбиты Земли. Рассеянный межпланетной пылью свет можно видеть, когда он все еще попадает в поле вашего зрения сразу после заката или до рассвета. В обоих случаях вы в основном видите свет, рассеянный вперед.

В середине ночи вам, может быть, удастся увидеть солнечный свет, рассеянный назад частицами пыли вне орбиты Земли. Это и есть противосияние. Считается, что движущиеся светящиеся узоры — это свечение атмосферы, вероятно, связанное с проходящими через эти области неба волнами плотности, давления и температуры. При этом происходит возбуждение гидроксильных радикалов OH и их свечение.

Стоя на берегу моря при сравнительно сильном волнении, обратите внимание на отражения от поверхности моря непосредственно под линией горизонта. Если бы море было спокойным, оно отражало бы небо как большое горизонтальное зеркало. Однако поскольку поверхности волн наклонные, они отражают разные участки неба. Относительно горизонтали угол наклона участка неба, отраженного каждой из волн, равен удвоенному наклону поверхности волны.

Довольно странно, но отражения, которые видны вблизи горизонта, обычно соответствуют участку неба, находящемуся под углом 30° над горизонтом. Это означает, что в среднем наклон поверхности волн составляет около 15°. Однако измерения показывают, что часто волны бывают круче. Почему же обычно отражается именно этот участок неба?

ОТВЕТ •Рассмотрим волны на поверхности моря очень близко к горизонту. Небольшие, не слишком крутые волны отражают участок неба вблизи горизонта. И хотя таких волн огромное количество, их вклад в отражение, которое видит наблюдатель, мал, поскольку каждая из этих волн имеет небольшую площадь поверхности (они напоминают маленькие зеркала). Средние волны с промежуточным наклоном поверхности отражают более высокие участки неба. Хотя таких волн меньше, чем небольших волн, их вклад в отражение, которое видит наблюдатель, больше, поскольку площадь поверхности каждой из таких волн больше. Совсем больших волн так мало, что, хотя площадь отражающей поверхности у них большая, они практически не влияют на отражение, которое мы видим. Окончательный результат таков: максимальный вклад в отражение, которое видит наблюдатель, дают волны с промежуточным наклоном поверхности, равным 15°, а значит, отражается участок неба, расположенный под углом 30° над горизонтом.