Jump to content

Гало (оптическое явление)

Гало 22° вокруг Солнца, наблюдаемое над Бреттон-Вудсом, Нью-Гэмпшир , США, 13 февраля 2021 года.
Гало 22 ° и описанное гало вокруг Луны, наблюдаемое возле Национальной обсерватории Китт-Пик.
Сверху вниз:
Окружная зенитная дуга , супралатеральная дуга , дуга Парри , верхняя касательная дуга и гало 22°.
наблюдалось гало Над Южным полюсом

Ореол ( (от древнегреческого ἅλως ) hálōs ) «гумно, диск» [1] оптическое явление, создаваемое светом (обычно от Солнца или Луны), взаимодействующим с кристаллами льда, взвешенными в атмосфере . Ореолы могут иметь множество форм: от цветных или белых колец до дуг и пятен на небе. Многие из них появляются вблизи Солнца или Луны , но другие встречаются в других местах или даже в противоположной части неба. Среди наиболее известных типов гало — круглое гало (правильно называемое гало 22° ), световые столбы и солнечные собаки , но встречаются и многие другие; некоторые из них довольно распространены, а другие крайне редки.

Кристаллы льда, ответственные за ореолы, обычно подвешены в перистых или перисто-слоистых облаках в верхней тропосфере (5–10 км (3,1–6,2 мили)), но в холодную погоду они также могут плавать у земли, и в этом случае их называют как алмазная пыль . Особая форма и ориентация кристаллов определяют тип наблюдаемого гало. Свет отражается и может и преломляется кристаллами льда расщепляться на цвета из-за дисперсии . Кристаллы ведут себя как призмы и зеркала , преломляя и отражая свет между своими гранями, посылая лучи света в определенных направлениях.

Атмосферные оптические явления, такие как ореолы, были частью знаний о погоде, которые были эмпирическим средством прогнозирования погоды до метеорологии развития . Они часто указывают на то, что в течение следующих 24 часов выпадет дождь, поскольку вызывающие его перисто-слоистые облака могут указывать на приближающуюся фронтальную систему.

Другие распространенные типы оптических явлений, в которых участвуют капли воды, а не кристаллы льда, включают славу и радугу .

Хотя Аристотель упоминал ореолы и паргелии, в древности первыми европейскими описаниями сложных изображений были описания Кристофа Шайнера в Риме ( ок. 1630 г. ), Иоганна Гевелия в Данциге (1661 г.) и Тобиаса Ловица в Санкт-Петербурге ( ок. 1794 г. ). .Китайские наблюдатели фиксировали их на протяжении веков, причем первой ссылкой был раздел «Официальной истории династии Цинь» ( Цин Шу ) 637 года, посвященный «Десяти гало», в котором даны технические термины для 26 явлений солнечного гало. [2]

Погодная солнечная панель

[ редактировать ]
Так называемая «Картина солнечной собаки» ( Vädersolstavlan ), изображающая Стокгольм в 1535 году и небесное явление в то время, интерпретируемое как зловещее предзнаменование.

; «Картина солнечного пса», буквально «Картина погодного солнца») , в основном известная и часто цитируемая как старейшее цветное изображение города Стокгольма , Хотя Vädersolstavlan ( шведский возможно, также является одним из старейших известных изображений гало. включая пару солнечных собак . В течение двух часов утром 20 апреля 1535 года небо над городом было заполнено белыми кругами и дугами, пересекающими небо, а вокруг Солнца появились дополнительные солнца (т. е. солнечные собаки).

Световой столб

[ редактировать ]

Световой столб, или солнечный столб, выглядит как вертикальный столб или столб света, поднимающийся от Солнца перед закатом или восходом солнца, хотя он может появляться и под Солнцем, особенно если наблюдатель находится на большой высоте или высоте. Это явление вызывают шестиугольные пластинчатые и столбчатые кристаллы льда. Плитчатые кристаллы обычно образуют столбы только тогда, когда Солнце находится в пределах 6 градусов от горизонта; Столбчатые кристаллы могут вызвать столб, когда Солнце находится на высоте до 20 градусов над горизонтом. Кристаллы имеют тенденцию ориентироваться почти горизонтально, когда они падают или плавают в воздухе, а ширина и видимость солнечного столба зависят от расположения кристаллов.

Столбы света также могут образовываться вокруг Луны, уличных фонарей или других ярких источников света. Столбы, образующиеся из наземных источников света, могут казаться намного выше, чем те, что связаны с Солнцем или Луной. Поскольку наблюдатель находится ближе к источнику света, ориентация кристалла имеет меньшее значение при формировании этих столбов.

Круглый ореол

[ редактировать ]
Кристаллы льда (только четыре представлены выше) образуют гало 22° , при этом красный и синий свет преломляются под немного разными углами.

Среди наиболее известных гало — гало 22° , часто называемое просто «гало», которое выглядит как большое кольцо вокруг Солнца или Луны с радиусом около 22° (примерно ширина вытянутой руки на расстоянии вытянутой руки). Кристаллы льда, образующие гало под углом 22°, ориентированы в атмосфере полуслучайно, в отличие от горизонтальной ориентации, необходимой для некоторых других гало, таких как солнечные собаки и световые столбы. Из-за оптических свойств кристаллов льда свет не отражается внутрь кольца, в результате чего небо становится заметно темнее, чем небо вокруг него, и создается впечатление «дыры в небе». [3] Гало 22° не следует путать с короной , которая представляет собой другое оптическое явление, вызванное каплями воды, а не кристаллами льда, и имеющее вид разноцветного диска, а не кольца.

Другие ореолы могут образовываться под углом 46° к Солнцу , на горизонте или вокруг зенита и могут выглядеть как полные ореолы или неполные дуги.

Кольцо Боттлингера

[ редактировать ]

Кольцо Боттлингера это редкий тип гало эллиптической, а не круглой формы. Он имеет небольшой диаметр, из-за чего его очень трудно увидеть в ярком солнечном свете и с большей вероятностью его заметят вокруг более тусклого подсолнечника , который часто можно увидеть с горных вершин или с самолетов. Кольца Боттлингера еще недостаточно изучены. Предполагается, что они образованы очень плоскими пирамидальными кристаллами льда с гранями, расположенными под необычно малыми углами, подвешенными горизонтально в атмосфере. Эти точные и физически проблематичные требования могли бы объяснить, почему гало встречается очень редко. [4]

Другие имена

[ редактировать ]

На корнуоллском диалекте английского нимб вокруг Солнца или Луны называется петушиным глазом и является предзнаменованием плохой погоды. Этот термин связан с бретонским словом kog-heol (солнечный петух), имеющим то же значение. [5] В Непале нимб вокруг Солнца называется Индрасабха , что означает двор собрания Господа Индры индуистского бога молнии, грома и дождя. [6]

Искусственные ореолы

[ редактировать ]

Природные явления могут быть воспроизведены искусственно несколькими способами. Во-первых, с помощью компьютерного моделирования. [7] [8] или, во-вторых, экспериментальным путем. Что касается последнего, то это происходит при вращении монокристалла вокруг соответствующей оси/осей или при химическом подходе. Еще один дальнейший и более косвенный экспериментальный подход заключается в поиске аналогичной геометрии рефракции.

Аналогичный подход рефракции

[ редактировать ]
Аналогичный эксперимент по демонстрации рефракции околозенитной дуги. [9] Здесь в книге Гилберта ее ошибочно называют искусственной радугой. [10]

В этом подходе используется тот факт, что в некоторых случаях средняя геометрия преломления через кристалл льда может быть имитирована посредством преломления через другой геометрический объект. Таким образом, околозенитная дуга , окологоризонтальная дуга и дуги Парри в солнечной пещере могут быть воссозданы путем преломления через вращательно-симметричные (т.е. непризматические) статические тела. [9] Особенно простой настольный эксперимент искусственно воспроизводит красочные околозенитные и окологоризонтальные дуги, используя только стакан с водой. Преломление через цилиндр с водой оказывается (почти) идентичным усреднённому по вращению преломлению через вертикальный шестиугольный кристалл льда/кристаллы, ориентированные на пластины, тем самым создавая ярко окрашенные околозенитную и окологоризонтальную дуги. На самом деле эксперимент со стаканом воды часто путают с изображением радуги, и он проводится по крайней мере с 1920 года. [10]

Следуя идее Гюйгенса о (ложном) механизме паргелии 22°, можно также осветить (сбоку) заполненный водой цилиндрический стакан с внутренним центральным препятствием в половину диаметра стакана, чтобы при проекции на экран добиться по внешнему виду очень напоминает паргелию (см. сноску [39] в работе). [9] или посмотреть здесь [11] ), внутренний красный край, переходящий в белую полосу под большими углами по обе стороны от направления прямой передачи. Однако, хотя визуальное совпадение близко, этот конкретный эксперимент не включает в себя искусственный каустический механизм и, следовательно, не является реальным аналогом.

Химические подходы

[ редактировать ]

Самые ранние химические рецепты создания искусственных ореолов были предложены Брюстером и далее изучены А. Корню в 1889 году. [12] Идея заключалась в том, чтобы генерировать кристаллы путем осаждения солевого раствора. Создаваемые таким образом бесчисленные маленькие кристаллы при освещении светом будут вызывать ореолы, соответствующие конкретной геометрии кристалла и ориентации/выравниванию. Существует несколько рецептов, которые продолжают открываться. [13] Кольца — частый результат таких экспериментов. [14] Но таким же способом искусственно создавались и дуги Парри. [15]

Механические подходы

[ редактировать ]

Одна ось

[ редактировать ]

Самые ранние экспериментальные исследования явлений гало были приписаны [16] Огюсту Браве в 1847 году. [17] Браве использовал равностороннюю стеклянную призму, которую он вращал вокруг своей вертикальной оси. При освещении параллельным белым светом возник искусственный паргелический круг и множество встроенных паргелий. Аналогично А. Вегенер использовал шестиугольные вращающиеся кристаллы для создания искусственных субпаргелий. [18] В более поздней версии этого эксперимента с использованием коммерчески доступных [19] шестиугольные стеклянные кристаллы BK7. [20] Подобные простые эксперименты можно использовать в образовательных целях и демонстрационных экспериментах. [13] [21] К сожалению, с помощью стеклянных кристаллов невозможно воспроизвести околозенитную дугу или окологоризонтальную дугу из-за полных внутренних отражений, препятствующих требуемым траекториям лучей при .

Еще раньше Браве итальянский ученый Ф. Вентури экспериментировал с заостренными, наполненными водой призмами, чтобы продемонстрировать околозенитную дугу. [22] [23] Однако позже это объяснение было заменено правильным объяснением CZA Браве. [17]

Искусственный ореол, проецируемый на сферический экран. [24] [25] Видимые: тангенциальные дуги, дуги парирования, (суб)паргелии, паргелические круги, гелиакические дуги.

Кристаллы искусственного льда использовались для создания ореолов, которые иначе невозможно получить механическим способом с использованием кристаллов стекла, например, околозенитных и окологоризонтальных дуг. [26] Использование кристаллов льда гарантирует, что генерируемые ореолы будут иметь те же угловые координаты, что и природные явления. Другие кристаллы, такие как фторид натрия (NaF), также имеют показатель преломления, близкий к льду, и использовались в прошлом. [27]

Чтобы создать искусственные ореолы, такие как касательные дуги или описанный ореол, необходимо повернуть один столбчатый шестиугольный кристалл вокруг двух осей. Аналогично, дуги Ловица могут быть созданы путем вращения одного пластинчатого кристалла вокруг двух осей. Это можно сделать с помощью специально разработанных гало-машин. Первая такая машина была построена в 2003 году; [28] последовали еще несколько. [25] [29] Разместив такие машины внутри сферических проекционных экранов и по принципу так называемого преобразования неба, [30] аналогия почти идеальна. Реализация с использованием микроверсий вышеупомянутых машин создает аутентичные без искажений проекции таких сложных искусственных ореолов. [9] [24] [25] Наконец, суперпозиция нескольких изображений и проекций, создаваемых такими гало-машинами, может быть объединена для создания единого изображения. Получающееся в результате суперпозиционное изображение представляет собой представление сложных природных гало, содержащих множество наборов ледяных призм различной ориентации. [24] [25]

Экспериментальное воспроизведение круглых ореолов является наиболее сложным с использованием только монокристалла, но наиболее простым и обычно достигается с использованием химических рецептов. Используя монокристалл, необходимо реализовать все возможные трехмерные ориентации кристалла. Недавно это было достигнуто с помощью двух подходов. Первый, использующий пневматику и сложную оснастку, [29] а второй использует машину случайных блужданий на базе Arduino, которая стохастически переориентирует кристалл, встроенный в прозрачную тонкостенную сферу. [21]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ «ореол» . Словарь английского языка американского наследия (5-е изд.). ХарперКоллинз.
  2. ^ Пин-Ю, Хо; Нидхэм, Джозеф (1959). «Древние китайские наблюдения солнечных гало и паргелий». Погода . 14 (4). Уайли: 124–134. Бибкод : 1959Wthr...14..124P . дои : 10.1002/j.1477-8696.1959.tb02450.x . ISSN   0043-1656 .
  3. ^ «Диск с дыркой в ​​небе» . Атмосферная оптика . Проверено 3 августа 2016 г.
  4. ^ Лес Коули. «Кольца Боттлингера» . Атмосферная оптика . Проверено 26 июня 2017 г.
  5. ^ Нэнси, Роберт Мортон; Пул, ПАС (1963). Словарь корнуоллских морских слов . Корнуолл: Федерация обществ старого Корнуолла. п. 61.
  6. ^ «Небо Непала украшено необыкновенным ореолом вокруг Солнца в виде круглой радуги» . Гималайские Таймс . 9 июля 2015 года . Проверено 3 августа 2016 г.
  7. ^ Коули, Лес; Шредер, Майкл. «ХалоСим3» . atoptics.co.uk .
  8. ^ «ХалоПойнт 2.0» . Saunalahti.fi . Архивировано из оригинала 07.10.2016.
  9. ^ Jump up to: а б с д Сельмке, Маркус; Сельмке, Сара (2017). «Искусственные околозенитные и окологоризонтальные дуги». Американский журнал физики . 85 (8). Американская ассоциация учителей физики : 575–581. arXiv : 1608.08664 . Бибкод : 2017AmJPh..85..575S . дои : 10.1119/1.4984802 . ISSN   0002-9505 . S2CID   118613833 .
  10. ^ Jump up to: а б «Эксперимент №94» . Гилберт экспериментирует со светом для мальчиков . 1920. с. 98 – через archive.org.
  11. ^ «Эксперименты» . photonicsdesign.jimdofree.com .
  12. ^ Корню, А. (1889). «Об искусственном воспроизведении ореолов и паргелических кругов». Считает рендеринг AC. Париж (на французском языке). 108 : 429–433.
  13. ^ Jump up to: а б Воллмер, Майкл; Таммер, Роберт (20 марта 1998 г.). «Лабораторные эксперименты по оптике атмосферы». Прикладная оптика . 37 (9). Оптическое общество: 1557–1568. Бибкод : 1998ApOpt..37.1557V . дои : 10.1364/ao.37.001557 . ISSN   0003-6935 . ПМИД   18268748 .
  14. ^ Гислен, Ларс; Маттссон, Ян О (16 октября 2007 г.). «Настольные ореолы расходящегося света». Физическое образование . 42 (6). Издательство ИОП: 579–584. Бибкод : 2007PhyEd..42..579G . дои : 10.1088/0031-9120/42/6/003 . ISSN   0031-9120 . S2CID   122261149 .
  15. ^ Улановский, Збигнев (20 сентября 2005 г.). «Ледяные аналоговые ореолы». Прикладная оптика . 44 (27). Оптическое общество: 5754–5758. Бибкод : 2005ApOpt..44.5754U . дои : 10.1364/ao.44.005754 . ISSN   0003-6935 . ПМИД   16201438 .
  16. ^ де Бомон, М. Эли (1869). Мемуары Огюста Брале . Вашингтон, округ Колумбия: Смитсоновский институт .
  17. ^ Jump up to: а б «Память об ореолах и сопровождающих их оптических явлениях». J. Из Королевской политехнической школы (на французском языке). 31 (18). §XXIV – Искусственное воспроизведение оптических явлений с помощью призм с вертикальной осью, рисунки: PL I: Рис. 48, табл. II: Рис. 49–54: 1–270. 1847. {{cite journal}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )
  18. ^ Вегнер, А. (1917). «Солнечные псы за горизонтом». Метеорол. З. (на немецком языке). 34–52 (9 августа): 295–298.
  19. ^ «Гомогенизация световых стержней/световых трубок» . edmundoptics.com .
  20. ^ Борхардт, Сара; Сельмке, Маркус (21 июля 2015 г.). «Распределение интенсивности паргелического круга и встроенных паргелий на нулевой высоте Солнца: теория и эксперименты». Прикладная оптика . 54 (22). Оптическое общество: 6608–6615. Бибкод : 2015ApOpt..54.6608B . дои : 10.1364/ao.54.006608 . ISSN   0003-6935 . ПМИД   26368071 . S2CID   39382489 .
  21. ^ Jump up to: а б Сельмке, Маркус (2015). «Искусственные ореолы». Американский журнал физики . 83 (9). Американская ассоциация учителей физики: 751–760. Бибкод : 2015AmJPh..83..751S . дои : 10.1119/1.4923458 . ISSN   0002-9505 .
  22. ^ Вентури, Ф. Commentarii sopra ottica . Тав VIII, рис. 17, с. 219; дуга: PGQ, рис. 27, с. 213. {{cite book}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )
  23. ^ Гелер, Иоганн Самуэль Трауготт (1829). Физический словарь: новая редакция Брандеса, Гмелина, Хорнера, Мюнке, Пфаффа (на немецком языке). Э.Б. Швикерт. п. 494 – через archive.org.
  24. ^ Jump up to: а б с «Сферический проекционный экран для искусственных ореолов» . BoredPanda.com .
  25. ^ Jump up to: а б с д Сельмке, Маркус; Сельмке, Сара (2016). «Сложные искусственные ореолы для классной комнаты». Американский журнал физики . 84 (7). Американская ассоциация учителей физики: 561–564. Бибкод : 2016AmJPh..84..561S . дои : 10.1119/1.4953342 . ISSN   0002-9505 .
  26. ^ «26. – 29.11.2015 – Дар Божий» . .meteoros.de . Arbeitskreis Meteore eV 2015 . Проверено 31 января 2024 г.
  27. ^ Барки, Б.; Лиу, КН; Такано, Ю.; и др. (1999). «Аналоговый эксперимент по рассеянию света гексагональными льдоподобными частицами. Часть II: Экспериментальные и теоретические результаты». Журнал атмосферных наук . 56 .
  28. ^ Воллмер, Майкл; Гринлер, Роберт (20 января 2003 г.). «Демонстрация гало и миражей в оптике атмосферы». Прикладная оптика . 42 (3). Оптическое общество: 394–398. Бибкод : 2003ApOpt..42..394V . дои : 10.1364/ao.42.000394 . ISSN   0003-6935 . ПМИД   12570259 .
  29. ^ Jump up to: а б Гроссманн, Майкл; Мёлльманн, Клаус-Петер; Воллмер, Майкл (15 декабря 2014 г.). «Искусственно созданные ореолы: вращение кристаллов образца вокруг различных осей». Прикладная оптика . 54 (4). Оптическое общество: B97-106. дои : 10.1364/ao.54.000b97 . ISSN   1559-128X . ПМИД   25967845 .
  30. ^ «Небесное преображение» . atoptics.co.uk .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 1c5957ed4dd91441350a07d343fe99ef__1719149880
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/1c/ef/1c5957ed4dd91441350a07d343fe99ef.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Halo (optical phenomenon) - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)