20 самых невероятных световых феноменов

Для большинства этих зрелищ не нужно ничего особенного: солнце под нужным углом, горсть ледяных кристаллов в облаке, туман за спиной или слой тёплого воздуха над холодной водой. Двадцать световых явлений — от радужной полосы вдоль перистых облаков до звёздных дуг на ночном снимке. Одни приходится ждать годами, другие случаются над городом каждую морозную зиму, просто на них редко поднимают голову.

Подборка разделена по тому, откуда берётся эффект. Первая группа — свет, преломлённый и рассеянный каплями воды и кристаллами льда. Вторая — лучи и тени. Третья — свечение и следы на тёмном небе.

Вода и лёд

Окологоризонтальная дуга

Её называют «огненной радугой», хотя к огню и к радуге она отношения не имеет. Это гало: солнечный свет входит в плоские шестигранные кристаллы льда через вертикальную боковую грань и выходит через нижнюю. Кристаллы при этом должны висеть горизонтально, как стопка тарелок, а солнце — стоять выше 58 градусов над горизонтом.

Последнее условие отсекает пол-Европы. Севернее 55-й параллели солнце так высоко не поднимается никогда, а южнее дугу можно поймать только в летние дни около полудня. Когда перистые облака рваные, цветная полоса ложится на них клочьями и действительно похожа на языки пламени.

Призрак Брокена

Солнце светит в спину человеку, стоящему на склоне, а перед ним внизу лежит туман. На туман падает его тень — огромная, потому что глаз не понимает, как далеко «экран», и сравнить размер не с чем. Голову тени окружают цветные кольца.

Явление названо по горе Брокен в немецком Гарце: туманы там стоят большую часть года, а на вершину легко подняться, так что у горы сложилась своя легенда о великане в облаках. Подробнее о самой горе и о том, как её призрак попал в литературу, — в материале о брокенском призраке.

Околозенитная дуга

Её называют перевёрнутой радугой или улыбкой в небе. Дуга висит высоко, примерно в 46 градусах над солнцем, и образует не больше четверти круга вокруг зенита. Создают её те же плоские горизонтальные кристаллы льда, что и ложные солнца, только свет входит через верхнюю грань.

Здесь условие обратное окологоризонтальной дуге: солнце должно стоять низко, не выше 32 градусов. Сама по себе дуга не редкость, её просто не замечают — мало кто смотрит прямо вверх. Её можно получить и дома: стакан воды на краю стола под солнечным светом отбрасывает похожую цветную дугу на пол.

Туманная радуга

Механизм тот же, что у обычной радуги, но капли тумана мельче пяти сотых миллиметра. На таких каплях дифракция размывает цвета, и дуга выходит почти белой, только с красноватым внешним краем и голубоватым внутренним. Моряки называют её «морским псом», а с самолёта её видят на облаках — тогда это облачная дуга.

На первом снимке туманная радуга снята с моста Золотые Ворота, и в её центре видна ещё и глория.

Глория

Глория — те самые цветные кольца вокруг тени в тумане. Объяснить её оказалось сложнее, чем радугу. Голландский астроном Хендрик ван де Хюлст в 1947 году связал её с поверхностными волнами на каплях, позже бразильский физик Моисес Нуссенцвейг показал, что большую часть света возвращает так называемое волновое туннелирование.

В Китае это «свет Будды»: его часто видели паломники на горах Эмэйшань и Хуаншань, где облака лежат ниже вершин. Кольцо всегда окружает тень самого наблюдателя, поэтому его считали личным знаком просветления. Сегодня глорию проще всего увидеть из самолёта: если он летит над облаками и солнце сзади, тень лайнера идёт по облакам в цветном ободке.

Солнечное гало

Самое частое из ледяных явлений. Светлое кольцо радиусом 22 градуса вокруг солнца появляется, когда небо затянуто тонкими перистыми облаками: свет преломляется в шестигранных кристаллах льда. Кольцо красноватое изнутри и голубоватое снаружи, а внутри него небо заметно темнее.

Если вытянуть руку и растопырить пальцы, расстояние от кончика большого пальца до кончика мизинца примерно и есть те самые 22 градуса. В сильный мороз гало бывает и при ясном небе, у самой земли: воздух полон мельчайших ледяных игл, которые искрятся на солнце, и их называют алмазной пылью.

Радужные облака

Когда облако состоит из капель примерно одного размера, а солнце находится рядом с ним, свет дифрагирует, и края облака окрашиваются в пастельные розовый, зелёный, голубой. Это иридесценция, переливчатость облаков. Лучше всего она видна в тонких облаках, которые только формируются: капли в них ещё мелкие и одинаковые.

На первом снимке — двойная радуга на закате, остальные — переливчатые облака. На втором иридесценцию подсвечивает пролетающий истребитель, на третьем облако окрашено рядом с солнцем, закрытым стеной дома.

Лунная радуга

Ночью радугу может дать и луна, если она полная, висит невысоко — ниже 42 градусов — и напротив неё есть дождь или брызги. Свет луны так слаб, что колбочки глаза почти не включаются, и дуга кажется белой. Цвета проявляются только на длинной выдержке.

Лунные радуги регулярно бывают у больших водопадов — Ниагары, Виктории, Камберленда в Кентукки. В Йосемитском национальном парке их ждут у Нижнего Йосемитского водопада: в апреле и мае, когда воды больше всего, в полнолуние брызги дают дугу, если небо ясное.

Паргелический круг и ложные солнца

Паргелический круг — белая полоса, которая тянется по небу через солнце, параллельно горизонту. Её дают ледяные кристаллы, отражающие свет от боковых граней. На этом же круге, в 22 градусах слева и справа от солнца, часто горят два ярких пятна — ложные солнца, или паргелии. В морозный день они бывают почти такими же яркими, как само солнце.

Ещё Аристотель писал о двух ложных солнцах, которые взошли вместе с солнцем и сопровождали его до заката. В 1461 году три солнца над Херефордширом напугали войско Эдуарда Йоркского перед битвой при Мортимерс-Кросс. Эдуард сумел убедить солдат, что это добрый знак, выиграл битву и сделал «солнце во славе» своей эмблемой. А 20 апреля 1535 года сложное гало с ложными солнцами появилось над Стокгольмом. Картину с этим небом заказал реформатор Олаус Петри. Оригинал потерян, но копия 1636 года висит в стокгольмском соборе Сторчюркан и считается самым старым цветным изображением города.

Радуга

Самое известное из световых явлений. Свет преломляется в каплях дождя, отражается от их задней стенки и выходит разложенным на цвета. Над основной дугой часто видна вторая, бледнее, с обратным порядком цветов. Небо между ними темнее, чем вокруг, — эту полосу называют тёмной полосой Александра, по имени древнегреческого философа Александра Афродисийского, который первым её описал.

В скандинавских мифах радуга — мост Биврёст между миром людей и миром богов, в Библии — знак завета после потопа. Как рождается радуга и какой она бывает, подробно рассказывает отдельный материал о радугах.

Лучи и тени

Солнечная корона

Корона — внешняя атмосфера Солнца. Обычно её не видно: она в миллион раз тусклее диска. Но во время полного затмения, когда Луна закрывает диск целиком, вокруг чёрного круга вспыхивает жемчужное сияние с длинными лучами, и смотреть на него можно без защиты.

Видимая поверхность Солнца нагрета примерно до 5500 градусов, а корона над ней — до двух миллионов, то есть в сотни раз сильнее. Почему внешний слой горячее нижнего, до сих пор не выяснено: НАСА называет нагрев короны одной из главных нерешённых загадок физики Солнца.

Сумеречные лучи

Те самые «лучи из-за облаков», которые любят рисовать на открытках и картинах. Это просто чередование освещённого и затенённого воздуха: где облако пропускает солнце — светлая полоса, где закрывает — тень. Видно их благодаря пыли, дымке или влаге в воздухе.

Кажется, что лучи расходятся веером из одной точки, но на самом деле они почти параллельны. Это та же перспектива, из-за которой рельсы сходятся у горизонта. Иногда лучи пересекают всё небо и сходятся снова в точке напротив солнца — их называют антисумеречными.

Фата-моргана

Сложный мираж у самого горизонта: удалённые берега, корабли и острова вытягиваются вверх, раздваиваются, переворачиваются и складываются в стены и башни. Причина — сильная температурная инверсия, когда над холодной водой или льдом лежит тёплый воздух. Свет на границе слоёв изгибается сильнее, чем кривизна Земли, и атмосфера работает как линза.

Название идёт от феи Морганы из легенд о короле Артуре: видения над Мессинским проливом между Сицилией и Калабрией местные жители связывали с её чарами. Миражам приписывают и несуществующие земли на старых полярных картах, и легенду о «Летучем голландце». На первом снимке, впрочем, мираж попроще и более знакомый — «вода» на нагретом асфальте.

Световой столб

Вертикальная полоса света над солнцем или фонарём. Плоские ледяные кристаллы парят горизонтально и отражают свет, как миллионы крошечных зеркал. Солнечный столб чаще видно на закате и восходе, когда солнце низко. В сильный мороз такие же столбы встают над уличными фонарями, и город выглядит так, будто над ним полярное сияние — об этом отдельно рассказано в материале о световых столбах над городами.

Свечение и следы

Полярное сияние

Заряженные частицы солнечного ветра вдоль магнитных силовых линий уходят в атмосферу у полюсов и возбуждают атомы и молекулы газов. Кислород на высоте около ста километров светится зелёным — это самый частый цвет. Выше тот же кислород даёт красный, азот добавляет синие и фиолетовые тона.

Обычно сияние держится за полярным кругом, но мощные бури опускают его далеко на юг. С 10 по 13 мая 2024 года над Землёй прошла сильнейшая магнитная буря с 2003 года. Сияние тогда видели в Испании, Португалии, Италии, Алжире и на Канарах, в Мексике и на Ямайке, а в Южном полушарии — даже в Намибии. Последние снимки в этом разделе сделаны с орбиты: из космоса сияние выглядит светящимся кольцом над планетой.

Инверсионные следы

Двигатель самолёта выбрасывает горячий влажный выхлоп. На высоте, где воздух холоднее минус 36 градусов, водяной пар за секунды замерзает в мелкие кристаллы льда. Сколько живёт след, зависит от влажности: в сухом воздухе он тает почти сразу, во влажном растягивается в широкие полосы и может держаться часами, превращаясь в перистые облака.

След ракеты в сумерках

Если ракета стартует вскоре после заката или перед рассветом, на земле уже темно, а на высоте десятков километров ещё светит солнце. Выхлоп с мгновенно замерзающим паром расширяется в разреженном воздухе, и солнце подсвечивает его снизу, иногда радужными цветами. В последние годы такие «космические медузы» регулярно видны над Калифорнией после запусков с базы Ванденберг. В СССР 20 сентября 1977 года такой же след ракеты со спутником «Космос-955», стартовавшей из Плесецка, видели над Петрозаводском и всей Карелией. Газеты писали о «петрозаводском феномене» как о загадке: космодром официально не существовал, и объяснение стало известно только в годы гласности.

Поляризация неба

Голубое небо светит не во все стороны одинаково: рассеянный свет поляризован, сильнее всего — в 90 градусах от солнца. Глаз этого не замечает, но поляризационный фильтр гасит такой свет, и небо на снимке становится глубоко-синим, а облака — рельефными. Тем же фильтром фотографы убирают блики с воды и стекла. Пчёлы видят поляризацию сами и ориентируются по ней, даже когда солнце скрыто за облаком.

Звёздные треки

Земля вращается, и на снимке с выдержкой в несколько часов звёзды оставляют дуги. Полярная звезда стоит почти на оси вращения и остаётся на месте, а вокруг неё закручиваются концентрические круги. Чем ближе к экватору, тем ниже над горизонтом центр этих кругов, а у полюса он оказывается прямо над головой.

Для такой съёмки нужны ясная ночь без луны и место вдали от городской засветки. Один из снимков ниже сделан всю ночь, с девяти вечера до шести утра.

Зодиакальный свет

Слабый конус белёсого света, который поднимается от горизонта вдоль эклиптики. В средних широтах его лучше ловить весной на западе, когда полностью погаснут вечерние сумерки, или осенью на востоке перед рассветом. Нужна очень тёмная ночь: луна и городской свет его полностью гасят.

Светится межпланетная пыль, рассеивающая солнечный свет, поэтому спектр у свечения солнечный. Большая часть этой пыли, по современным оценкам, осталась от распада почти угасших комет семейства Юпитера. Вдоль всей эклиптики тянется ещё более слабая зодиакальная полоса, а точно напротив Солнца на ней иногда видно бледное овальное пятно — противосияние.