Zagadka yavleniya zelenogo lucha, nablyudaemogo v tropikah
16.03.2001 14:45 | G.S. Ivanov-Holodnyi/Vselennaya i My

Vvedenie

Mnogie slyshali o sushestvovanii ili sami nablyudali yavlenie zelenogo lucha, voznikayushego pri zahode Solnca: posle togo, kak pod gorizont opuskaetsya osnovnaya chast' ego diska, cvet ischezayushego kraeshka posledovatel'no menyaetsya ot oranzhevo-zheltogo do zelenogo (a inogda i golubogo). Process dlitsya menee sekundy (0,3-0,5 s). Yavlenie ob'yasnyaetsya tem, chto vsledstvie refrakcii poslednimi vidimymi solnechnymi luchami v atmosfere Zemli okazyvayutsya zelenye i golubye uchastki spektra, dlya kotoryh effekt refrakcii sil'nee.

Rezul'taty nablyudenii

Nizhe poidet rech' o drugom yavlenii, imeyushem blizkoe nazvanie, - vspyshka zelenogo lucha, kotoraya nablyudaetsya lish' na shirotah tropikov. Vspyshka zelenogo lucha v vide gorizontal'no vytyanutoi oblasti svecheniya proishodit srazu posle zahoda Solnca, otlichaetsya vysokoi yarkost'yu i harakternym izumrudno-zelenym cvetom. Oblast' svecheniya otorvana ot kraya diska Solnca i imeet bol'shuyu protyazhennost', chem vidimaya pered tem poslednyaya gorbushka Solnca. Yavlenie obladaet dlitel'nost'yu bolee 2-3 sekund, dohodya do 10 sekund. Obychno ono nablyudaetsya s paluby korablya nad morskim gorizontom, no ego nablyudayut i s sushi, dazhe v gorah. Znaya zaranee moment i azimut voshoda Solnca, izumitel'nuyu vspyshku izumrudnogo cveta udaetsya uvidet' ne tol'ko posle zahoda, no i pered samym voshodom Solnca. Dlitel'nost' vspyshki nastol'ko velika, chto dazhe hvataet vremeni, chtoby ee sfotografirovat'. Nedavno fotografii byli opublikovany, odna - na oblozhke L'Astronomie (Oct. 1986, N 100), drugaya - v Sky and Telescope (March 1989, p. 254-259). B Sky and Telescope, (Feb. 1992, p. 200) B.E.Shefer soobshaet, chto s vershiny gory S'erro Tololo v Chili on nablyudal chudesnuyu vspyshku zelenogo lucha v techenie 14 sekund. Na Gavaiyah cheta A. i M. Meinelov nablyudala vspyshku zelenogo lucha, nesmotrya na sil'noe pokrasnenie zahodyashego Solnca. Takie osobye sluchai, po mneniyu B.E.Shefera, nikak nel'zya ob'yasnit' v ramkah predstavlenii ob effekte obychnogo zelenogo lucha. S drugoi storony, zagadochnoe yavlenie vspyshki zelenogo lucha poka ne poluchilo nikakogo ob'yasneniya.

Avtor stat'i neodnokratno nablyudal eto yavlenie kak vecherom, tak i utrom (i fotografiroval ego) s borta nauchno-issledovatel'skogo sudna Professor Vize v tropicheskoi Atlantike v aprele-mae 1978 g. Pri nablyudenii s verhnei paluby korablya dlitel'nost' izumrudnoi vspyshki neskol'ko vozrastala, chto oblegchalo ee fotografirovanie. Na fotografii cvet svecheniya iskazhaetsya iz-za nepravil'nogo podbora ekspozicii. Bylo yasno vidno, chto po okonchanii obychnogo yavleniya atmosfernoi refrakcii, kogda cvet lucha ot kraya Solnca posledovatel'no perehodit ot zhelto-oranzhevogo k zelenomu, dopolnitel'no nablyudaetsya drugoe yavlenie - vspyshka zelenogo lucha. Oblast' svecheniya v otlichie ot vida gorizonta predstavlyaetsya nerezkoi, kak by rasfokusirovannoi, chto vidno i na fotografiyah.

Osnovnye osobennosti yavleniya

Prezhde chem nachinat' govorit' o konkretnoi opticheskoi sheme, podytozhim glavnye osobennosti nablyudaemogo yavleniya.

1) Effekt nablyudaetsya v tropikah.

2) Liniya nablyudeniya prohodit vblizi napravleniya na gorizont v tom meste, gde Solnce skrylos' pri zahode ili dolzhno vzoiti pri voshode. Poetomu oblast' svecheniya vspyshki po vertikali otstoit nemnogo ot kraya solnechnogo diska. Uchityvaya, chto dlitel'nost' vspyshki zelenogo lucha prevoshodit 2-3 s, mozhno ocenit', chto oblast' svecheniya prostiraetsya bolee, chem na 1-1,5 uglovyh minuty nad kraem diska Solnca.

3) Izobrazhenie nerezkoe, kak by rasfokusirovannoe, i k tomu zhe vytyanuto po gorizontali. Gorizontal'naya protyazhennost' oblasti svecheniya na poryadok prevoshodit vertikal'nyi razmer.

4) Dlitel'nost' svecheniya vspyshki vozrastaet s uvelicheniem vysoty nablyudeniya.

5) Cvet svecheniya - izumrudno-zelenyi.

Obychno pri poiske mehanizma obrazovaniya yavleniya vspyshki zelenogo lucha ne rassmatrivayut vsyu sovokupnost' etih faktov, da i mnogie iz nih stali izvestny lish' nedavno.

Ris. 1 Prohozhdenie lucha sveta ot Solnca cherez atmosferu k nablyudatelyu A. V oblasti 1 punktirom pokazano oblako chastic, raspolozhennoe v sloe na opredelennoi vysote. V oblasti 2 luch sveta ispytyvaet polnoe vnutrennee otrazhenie.

Puti ob'yasneniya yavleniya vspyshki zelenogo lucha

V prirode izvestno yavlenie, kotoroe chem-to napominaet rassmatrivaemoe. Pri nalichii izmorozi, vzveshennoi v atmosfere, chasto nablyudaetsya obrazovanie cvetnyh kolec ili vencov vokrug Solnca ili Luny. Intensivnost' svecheniya velika, t. k. solnechnye vency nablyudayutsya na fone dnevnogo neba. V otlichie ot galo, kotoroe nablyudaetsya chashe, no ne imeet vida otdel'nyh raduzhnyh kolec, a predstavlyaet soboi protyazhennuyu oblast' belesovatogo svecheniya (t. k. eto est' razmytaya sovokupnost' vencov raznogo razmera), chistye vency obrazovany diffrakciei sveta na chasticah, obladayushih primerno odinakovymi razmerami. Poskol'ku nablyudaemyi ugol diffrakcii sostavlyaet 0,5-5°, to mozhno ocenit', chto razmer etih chastic lezhit v intervale 10-100 mikron. Esli pri nalichii venca proizoidet, naprimer, zahod Solnca za gorizont, to pri opredelennyh usloviyah nekotoroe vremya mozhet byt' vidna chast' venca nad gorizontom. Situaciya shodna s toi, pri kotoroi byvaet vidna chast' radugi, hotya Solnce pri etom mozhet dlya nablyudatelya byt' zakryto oblakom.

Po analogii s etim mozhno sebe predstavit' geometricheskuyu shemu obrazovaniya yavleniya diffrakcii solnechnogo sveta na raspolozhennom nad poverhnost'yu Zemli oblake chastic odinakovogo razmera (oblast' 1 na ris. 1). Svechenie budet nablyudat'sya posle togo, kak Solnce zaidet za gorizont. Pri podhodyashem podbore razmerov chastic mozhno udovletvorit' ryadu harakteristik yavleniya vspyshki zelenogo lucha, perechislennyh vyshe. Naibol'shuyu trudnost' tut predstavlyaet ob'yasnenie dlitel'nosti vspyshki i ee izumrudno-zelenogo cveta.

Odnako krome rassmotreniya effektov vzaimodeistviya luchei solnechnogo sveta s atmosferoi na bol'shih vysotah (oblast' 1 na ris. 1) mozhet byt' al'ternativnyi podhod, kogda rassmatrivayutsya effekty, naoborot, v samoi nizhnei tochke traektorii luchei (oblast' 2 na ris. 1).

Nablyudeniya vspyshek zelenogo lucha proizvodyat neizgladimoe vpechatlenie, i mnogie astronomy i fiziki pytalis' dat' ob'yasnenie etomu yavleniyu. Naskol'ko ser'ezno etoi problemoi zanimalsya znamenityi eksperimentator Robert Vud, mozhno prochest' v ego Fizicheskoi optike, v kotoroi opisan special'nyi laboratornyi opyt. Pri sloistoi smesi iz treh podhodyashih zhidkostei v kyuvete iz-za refrakcii nablyudalos' otklonenie lucha sveta ot gorizontali, pri etom po hodu lucha proishodilo otklonenie i vverh, i vniz na protyazhenii vsego odnogo metra. Imenno etot effekt svoeobraznogo mirazha zahodyashei za gorizont chasti Solnca mozhet byt' polozhen v osnovu ob'yasneniya vspyshki zelenogo lucha.

V atmosfere Zemli chasto skladyvayutsya usloviya, vyzyvayushie sil'nuyu refrakciyu luchei sveta i dazhe ih polnoe vnutrennee otrazhenie ot gradienov, ili stratificirovannyh sloev plotnosti i temperatury, v atmosfere. Naibolee izvestny sredi nih effekty blikov nad goryachim shosse, a takzhe yavlenie mirazha.

V nizhnei chasti traektorii luchei (oblast' 2 na ris. 1) mogut proishodit' i drugie yavleniya. Naprimer, v IZMIRANe d.f.-m.n. A.V.Popov predlozhil rassmotret' sleduyushuyu shemu. Pri prohozhdenii lucha solnechnogo sveta blizko ot morskoi poverhnosti refrakciya sveta mozhet proishodit' na vershinah naibolee vysokih voln, rabotayushih kak opticheskie prizmy. Eta gipoteza mogla by ob'yasnit' zelenuyu okrasku lucha kak rezul'tat prohozhdeniya ego cherez znachitel'nuyu tolshu morskoi vody, imeyushei, kak izvestno, minimum poglosheniya v zelenoi oblast' spektra. Konkretnyi raschet puti luchei po etoi sheme poka ne proizvodilsya.

Vernemsya k rassmotreniyu effekta polnogo vnutrennego otrazheniya pri kosom padenii luchei, kotoryi proishodit na otricatel'nom gradiente koefficienta prelomleniya v prizemnoi atmosfere. My predpolagaem, chto nad teploi poverhnost'yu okeana v tropicheskih shirotah sozdayutsya blagopriyatnye usloviya dlya osushestvleniya etogo effekta pri nablyudenii na bol'shih rasstoyaniyah, chemu est' opredelennye svidetel'stva. Provedem kachestvennoe rassmotrenie sledstvii takogo effekta v svete perechislennyh vyshe osobennostei yavleniya vspyshki zelenogo lucha.

1) Razdelenie momentov nablyudeniya samogo Solnca i luchei, ispytavshih polnoe vnutrennee otrazhenie, v dannom sluchae ochevidno. Ocenim kolichestvenno vremennoi sdvig mezhdu nimi, a takzhe zavisimost' dlitel'nosti yavleniya ot vysoty nablyudeniya h. Izvestno, chto chem vyshe tochka nablyudeniya nad urovnem morya, tem dal'she ot nee raspolagaetsya oblast' gorizonta. Pri etom oblast' gorizonta yavlyaetsya dovol'no protyazhennoi, hotya dlya nablyudatelya gorizont i vyglyadit kak krai nekotorogo ekrana. Rasstoyanie do nee, kak izvestno, s horoshim priblizheniem vozrastaet proporcional'no , i chem ona dal'she, tem, estestvenno, bol'she ee razmer pri prochih ravnyh usloviyah i tem dol'she dlya nablyudatelya ona osveshaetsya luchami zahodyashego Solnca. Vysota verhnei paluby bol'shogo korablya v 2-3 raza bol'she, chem nizhnei, poetomu sleduet ozhidat', chto v etih dvuh sluchayah dlitel'nost' nablyudeniya yavleniya otlichaetsya v 1,4-1,7 raza. Pri nablyudenii s gor vysotoi v 3-4 tys. metrov ocenka dlitel'nosti vspyshki vozrastaet v 10-20 raz (chto i nablyudal B.E.Shefer).

2) Prostranstvennoe razdelenie Solnca i oblasti svecheniya. S uvelicheniem vysoty tochki nablyudeniya vozrastaet ne tol'ko dlitel'nost' vspyshki zelenogo lucha, no i uglovoe rasstoyanie oblasti svecheniya ot kraya solnechnogo diska, kotoroe takzhe proporcional'no .

3) Effekt sfericheskogo zerkala. Tochki svecheniya rassmatrivaemogo blika ot neodnorodno stratificirovannoi atmosfery raspolozheny na poverhnosti sfery - koaksial'noi poverhnosti okeana. Osveshayushii ee pochti parallel'nyi puchok luchei, idushii ot nebol'shoi chasti solnechnogo diska, do momenta polnogo zahoda eshe mozhet osveshat' oblast' blika. Otrazhayas' ot etogo sfericheskogo zerkala, on obrazuet mnimoe izobrazhenie kraya Solnca, to est' mirazh. Poetomu ono nam kazhetsya razmytym. Iz-za kosogo padeniya luchei voznikaet effekt astigmatizma, kotoryi privodit k rasfokusirovke i vytyagivaniyu izobrazheniya po gorizontali. Eto sootvetstvuet nablyudaemym faktam, otmechennym vyshe.

4) Zavisimost' ot dliny volny. Yasno, chto rassmotrennoe vyshe sfericheskoe zerkalo predstavlyaet soboi izvestnuyu idealizaciyu. Iz-za fluktuacii neodnorodnosti atmosfery, vliyaniya effektov vetra, pyatnistoi struktury temperatury okeana i t. p. zerkalo ne predstavlyaet soboi sploshnoi poverhnosti, a ego elementy raspolagayutsya v opredelennoi oblasti vysot. Tochka nablyudeniya nahoditsya na rasstoyanii, kotoroe mnogo bol'she razmerov neodnorodnostei. V etih usloviyah sleduet uchest' effekt rasseyaniya sveta na neodnorodnostyah. Izvestno, chto kachestvenno, kak pri kosom otrazhenii luchei sveta ot matovoi poverhnosti, pri etih usloviyah intensivnost' rasseyannogo sveta proporcional'na . V sluchae molekulyarnogo rasseyannogo solnechnogo sveta na neodnorodnostyah atmosfery ustanovleno, chto a=4, i v itoge cvet neba poluchaetsya golubym. Pri men'shem znachenii cvet rasseyanogo solnechnogo sveta sootvetstvuet men'shemu sdvigu v korotkovolnovuyu chast' spektra i mozhet stat' zelenym (dazhe izumrudno-zelenym). Etot vyvod trebuet eksperimental'noi proverki.

Takim obrazom, prinyav shemu polnogo otrazheniya solnechnogo sveta na otricatel'nom gradiente koefficienta prelomleniya atmosfery v tochke vidimogo gorizonta, mozhno popytat'sya ob'yasnit' vsyu sovokupnost' nablyudaemyh faktov vspyshki zelenogo lucha kak effekt svoeobraznogo mirazha zahodyashei chasti diska Solnca. Razvivaemoe nami predstavlenie o vspyshke zelenogo lucha i ego mehanizme nahoditsya vne tradicionnyh podhodov. Predpolagaemoe ob'yasnenie vsei sovokupnosti nablyudaemyh effektov pozvolyaet vesti organizaciyu i planirovanie issledovaniya yavleniya v kachestvenno novom napravlenii, provodit' razlichnye eksperimenty i nablyudeniya po utochneniyu i proverke effektov. Ubeditel'nye argumenty mogli by dat' spektral'nye nablyudeniya zelenoi vspyshki.

Publikacii s klyuchevymi slovami: zelenyi luch - Solnce - zakat - difrakciya sveta Publikacii so slovami: zelenyi luch - Solnce - zakat - difrakciya sveta
Sm. takzhe: Zhivopisnyi zakat v den' ravnodenstviya Ottenki nochi Smotrya v storonu s solnechnogo zonda "Parker" Okruzhaya Solnce Solnechnyi minimum protiv solnechnogo maksimuma Kosmicheskaya stanciya, protuberancy i Solnce Ischezlo za 60 sekund: zakat i zelenyi luch Vse publikacii na tu zhe temu >>