Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для использования в других целях, см Halo (значения) .
22 ° гало вокруг Солнца, как это видно в небе над Annapurna Base Camp, Аннапурны , Непал
Сверху вниз:
A зенитная дуга , латеральная дуги , Парри дуги , верхняя касательная дуги , и 22 ° гало
Ореол Солнца на Южнополярной станции.
Солнечное гало, наблюдаемое над Бреттон-Вудсом, штат Нью-Хэмпшир, США, 13 февраля 2021 года.
Ореол солнца в Монтеррее, Мексика , обычное явление в городе, которое снимали из-за того, как часто в небе появляются перистые облака.

Гало (от греческого ἅλως , halōs [1] ) - это название семейства оптических явлений, производимых 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 около Солнца или Луны , но другие происходят в другом месте или даже в противоположной части неба. К наиболее известным типам ореолов относятся круговой ореол (правильное название ореол 22 ° ), световые столбы и солнечные псы., но встречаются и многие другие; некоторые из них довольно распространены, а другие (чрезвычайно) редки.

Эти кристаллы льда , ответственные за ореолы , как правило , суспендирует в перистых или перисто - слоистых облаках в верхней тропосфере (5-10 км (3.1-6.2 миль)), но в холодной погоде они также могут плавать вблизи поверхности земли, и в этом случае они называются как алмазная пыль . Конкретная форма и ориентация кристаллов определяют тип наблюдаемого гало. Свет будет отражен и преломляется с помощью кристаллов льда и может разделить на цвета из - за дисперсии . Кристаллы ведут себя как призмы и зеркала, преломляя и отражая свет между своими лицами, посылая лучи света в определенных направлениях. Атмосферные оптические явления, такие как гало, использовались как часть знаний о погоде, которые были эмпирическим средством прогнозирования погоды до того, как была разработана метеорология . Они часто указывают на то, что дождь пойдет в течение следующих 24 часов, поскольку вызывающие их перисто-слоистые облака могут указывать на приближающуюся фронтальную систему.

К другим распространенным типам оптических явлений, связанных с каплями воды, а не с кристаллами льда, относятся слава и радуга .

История [ править ]

В то время как Аристотель упоминал ореолы и паргелии, в древности первыми европейскими описаниями сложных дисплеев были описания Кристофа Шайнера в Риме (около 1630 г.), Гевелия в Данциге (1661 г.) и Тобиаса Ловица в Санкт-Петербурге (около 1794 г.). Китайские наблюдатели записывали их на протяжении столетий. Первым упоминанием о них был раздел «Официальной истории династии Чин» ( Чин Шу ) в 637 г., посвященный «Десяти ореолам», в котором приводятся технические термины для 26 явлений солнечных гало. [2]

Vädersolstavlan [ править ]

Так называемая «Картина Солнечной Собаки» ( Vädersolstavlan ), изображающая Стокгольм в 1535 году и небесное явление того времени, интерпретировалась как зловещее предзнаменование.

Хотя в основном известен и часто цитируется как старейшее цветное изображение Стокгольма , Vädersolstavlan ( шведский ; «Картина Солнца», буквально «Картина Солнца Погоды»), возможно, также является одним из старейших известных изображений ореола. включая пару солнечных собак . В течение двух часов утром 20 апреля 1535 года небо над городом было заполнено белыми кругами и дугами, пересекающими небо, в то время как вокруг солнца появлялись дополнительные солнца (например, солнечные собаки).

Столб света [ править ]

Основная статья: Световой столб

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 вызывает гексагональные пластинчатые и столбчатые кристаллы льда. Пластинчатые кристаллы обычно образуют столбы только тогда, когда солнце находится в пределах 6 градусов от горизонта; Кристаллы-столбики могут вызвать столб, когда солнце поднимается на 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 выравнивания кристалла.

Световые столбы также могут образовываться вокруг луны, уличных фонарей или других ярких фонарей. 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.

Круговой нимб [ править ]

Дополнительная информация: 22 ° гало и 46 ° гало
Кристаллы льда (только четыре представлены выше) образуют ореол 22 ° , причем красный и синий свет преломляются под немного разными углами.

Среди наиболее известных ореолов - ореол 22 ° , часто называемый просто «ореолом», который выглядит как большое кольцо вокруг Солнца или Луны с радиусом около 22 ° (примерно ширина вытянутой руки на расстоянии вытянутой руки). Кристаллы льда, образующие ореол 22 °, ориентированы в атмосфере полуслучайно, в отличие от горизонтальной ориентации, необходимой для некоторых других ореолов, таких как солнечные псы и световые столбы. В результате оптических свойств задействованных 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., который представляет собой другое оптическое явление, вызванное каплями воды, а не кристаллами льда, и которое имеет 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 Ботлингера [ править ]

А кольцо Bottlinger в редкий тип гало , который имеет эллиптическую форму , а не круглую форму . Он имеет небольшой диаметр, что делает его очень трудным для просмотра в бликах Солнца и с большей вероятностью будет замечено вокруг более тусклого Субсолнца , часто видимого с горных вершин или с самолетов. Кольца Боттлингера еще недостаточно изучены. Предполагается, что они образованы очень плоскими пирамидальными кристаллами льда с гранями под необычно низкими углами, горизонтально подвешенными в атмосфере. Эти точные и физически проблемные требования объясняют, почему ореол встречается очень редко. [4]

Другие имена [ править ]

На англо-корнуэльском диалекте английского языка ореол вокруг солнца или луны называется петушиным глазом и является признаком плохой погоды. Этот термин связан с бретонским словом kog-heol (солнечный петух), которое имеет то же значение. [5] В Непале ореол вокруг солнца называется Индрасабха, что означает коннотацию суда собраний лорда Индры - индуистского бога молнии, грома и дождя. [6]

Искусственные ореолы [ править ]

Природные явления можно воспроизвести искусственно несколькими способами. Во-первых, с помощью компьютерного моделирования [7] [8] или, во-вторых, экспериментальным путем. Что касается последнего, можно либо взять монокристалл и повернуть его вокруг соответствующей оси / осей, либо применить химический подход. Еще один и более косвенный экспериментальный подход - найти аналогичные геометрии рефракции.

Аналогичный подход рефракции [ править ]

Аналогичный эксперимент по демонстрации рефракции для циркумзенитальной дуги. [9] Здесь это ошибочно обозначено как искусственная радуга в книге Гилбертса [10]

В этом подходе используется тот факт, что в некоторых случаях средняя геометрия преломления через кристалл льда может имитироваться / имитироваться посредством преломления через другой геометрический объект. Таким образом, круговая дуга , круговая горизонтальная дуга и дуги Парри солнечной пещеры могут быть воссозданы за счет преломления через вращательно-симметричные (т.е. непризматические) статические тела. [9]В особенно простом настольном эксперименте искусственно воспроизводятся красочные околозенитные и окологоризонтальные дуги, используя только стакан с водой. Преломление через цилиндр воды оказывается (почти) идентичным усредненному по вращению преломлению через вертикальный гексагональный ледяной кристалл / пластинчатые кристаллы, тем самым создавая ярко окрашенные околозенитальные и окологоризонтальные дуги. Фактически, эксперимент с жидким стеклом 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 получить при проецировании на экран внешний вид, который очень напоминает parhelia (см. сноску [39] в [9] или см. здесь [11] ), то есть внутренний красный край, переходящий в белую полосу под большими углами по обе стороны от прямого направления передачи. Тем не менее, хотя визуальное совпадение близко, этот конкретный эксперимент не включает механизм ложной каустики и, таким образом, не является реальным аналогом.

Химические подходы [ править ]

Самые ранние химические рецепты для создания искусственных ореолов были предложены Брюстером и дополнительно изучены А. Корню в 1889 году. [12] Идея заключалась в создании кристаллов путем осаждения солевого раствора. Образовавшиеся при этом бесчисленные маленькие кристаллы при освещении светом будут вызывать ореолы, соответствующие конкретной геометрии кристалла и ориентации / выравниванию. Несколько рецептов существуют и продолжают открываться. [13] Кольца - частый результат таких экспериментов. [14] Но также таким образом были искусственно созданы дуги Парри. [15]

Механические подходы [ править ]

Одиночная ось [ править ]

Самые ранние экспериментальные исследования феноменов гало были приписаны [16] Огюсту Браве в 1847 году. [17] Браве использовал равностороннюю стеклянную призму, которую он вращал вокруг ее вертикальной оси. При освещении параллельным белым светом это создавало искусственный пархелийский круг и многие вкрапленные паргелии. Точно так же А. Вегенер использовал гексагональные вращающиеся кристаллы для создания искусственных субпаргелий. [18] В более поздней версии этого эксперимента было обнаружено гораздо больше встроенных паргелий с использованием коммерчески доступных [19] гексагональных кристаллов стекла BK7. [20] Подобные простые эксперименты можно использовать в образовательных целях и в демонстрационных экспериментах. [13] [21]К сожалению, использование стеклянных кристаллов один не может воспроизвести зенитную дугу или округло-горизонтальную дугу из - за полные внутренние отражения , предотвращающих требуемые лучи путь , когда .

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

Искусственный ореол проецируется на сферический экран. [24] [25] Видны: касательные дуги, дуги парирования, (суб) паргелия, паргелический круг, гелиакальные дуги.

Кристаллы искусственного льда использовались для создания ореолов, которые иначе были бы недостижимы при механическом подходе с использованием стеклянных кристаллов, например, околозенитных и окологоризонтальных дуг. [26] Использование кристаллов льда гарантирует, что сгенерированные гало имеют те же угловые координаты, что и природные явления. Другие кристаллы, такие как NaF, также имеют показатель преломления, близкий к показателю преломления льда, и использовались в прошлом. [27]

Две оси [ править ]

Чтобы создать искусственные ореолы, такие как касательные дуги или описанный ореол, нужно повернуть один столбчатый шестиугольный кристалл вокруг 2 осей. Точно так же дуги Ловица могут быть созданы путем вращения монокристалла-пластины вокруг двух осей. Это можно сделать с помощью сконструированных гало-машин. Первая такая машина была построена в 2003 году; [28] последовали еще несколько. [25] [29] Поместив такие машины внутри сферических проекционных экранов и по принципу так называемого преобразования неба [30], аналогия почти идеальна. Реализация с использованием микроверсий вышеупомянутых машин дает аутентичные без искажений проекции таких сложных искусственных ореолов. [9] [24] [25]Наконец, наложение нескольких изображений и проекций, созданных такими гало-машинами, может быть объединено для создания единого изображения. Полученное в результате наложение изображение представляет собой представление сложных естественных ореолов, содержащих множество различных ориентационных наборов ледяных призм. [24] [25]

Три оси [ править ]

Экспериментальное воспроизведение круговых ореолов является наиболее сложным с использованием только монокристалла, в то время как оно является самым простым и обычно достигается с помощью химических рецептов. Используя монокристалл, необходимо реализовать все возможные трехмерные ориентации кристалла. Недавно это было достигнуто двумя подходами. Первый использует пневматику и сложную оснастку [29], а второй использует машину случайного блуждания на базе Arduino, которая стохастически меняет ориентацию кристалла, встроенного в прозрачную тонкостенную сферу. [21]

Галерея [ править ]

  • 360 градусов солнечного ореола, Мадрид 25-3-2017

  • Ореол луны

  • Ограниченный гало (наружное кольцо, частично видна в левом нижнем углу и верхний левый / правый) вместе с 22 ° гало (внутреннее кольцо)

  • Солнечный столб в Сан-Франциско

  • Ореол 22 ° вокруг Солнца , над зданием PT Semen Padang в Паданге , Индонезия , 2 октября 2009 г., 11:09

  • Атмосферные температуры, ответственные за образование кристаллов льда около 22 ° ореола, если смотреть через тепловизор (° C). Самого ореола в тепловом спектре нет. Солнце частично видно в верхней части изображения.

  • Сложное отображение ореола (ореол 22 ° , солнечные псы , верхняя касательная дуга , верхний и нижний солнечные столбы , паргелический круг , супралатеральная дуга ), наблюдаемое в Les Ménuires (высота ≈2200 метров), Рона-Альпы, Франция, 23 января 2015 г., во время закат в 16:30

  • Солнце с солнечными собаками в Хогеродскопфе / Германия - 15 июля 2017 года.

  • Описанный ореол (внешнее кольцо) вместе со сравнительно редким ореолом 9 ° (внутреннее кольцо), вызванным пирамидальными кристаллами льда. Мидсленд, Нидерланды, 2019.

  • Ореол солнца в Монтеррее. Мексика

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Харпер, Дуглас. "нимб" . Интернет-словарь этимологии . ἅλως . Лидделл, Генри Джордж ; Скотт, Роберт ; Греко-английский лексикон в проекте « Персей» .
  2. ↑ Хо Пинг-Ю, Джозеф Нидхэм, Древние китайские наблюдения за солнечными гало и погодой в Пархелии, апрель 1959 г. (том 14, выпуск 4), стр. 124-134
  3. ^ " " Диск с дырой "в небе" . Оптика атмосферы . Дата обращения 3 августа 2016 .
  4. ^ Лес Коули. "Кольцо Боттлингера" . Оптика атмосферы . Проверено 26 июня 2017 .
  5. ^ Нэнси, Роберт Мортон; Пул, PAS (1963). Словарь морских слов Корнуолла . Корнуолл: Федерация старых обществ Корнуолла. п. 61.
  6. ^ «Небо Непала украшено необычным ореолом« круглой радуги »вокруг солнца» . Гималайские времена . 9 июля 2015 . Дата обращения 3 августа 2016 .
  7. ^ HaloSim3 Леса Коули и Майкла Шредера ссылка
  8. ^ HaloPoint 2,0 ссылка архивации 2016-10-07 в Wayback Machine
  9. ^ a b c d «Искусственные циркумзенитальные и окологоризонтальные дуги», М. Селмке и С. Селмке, Американский журнал физики (Am. J. Phys.), том 85 (8), стр.575-581 ссылка
  10. ^ a b Световые эксперименты Гилберта для мальчиков - (1920), стр. 98, эксперимент № 94 ссылка
  11. ^ Веб-страница с подробным описанием нескольких экспериментов своими руками
  12. ^ «Sur la artificielle des halos et des cercles parh eliques», Comtes Rendus Ac. Париж 108, 429–433, А. Корню, 1889.
  13. ^ a b «Лабораторные эксперименты по оптике атмосферы», Опт. Express 37 (9), 1557–1568, М. Фоллмер и Р. Таммер, 1998. ссылка
  14. ^ «Настольные ореолы расходящегося света», Physics Education 42 (6), L. Gisle and J. O Mattsson, 2007. link
  15. ^ З. Ulanowski, «Ice аналоговых ореолы,» Appl. Оптика 44 (27), 5754–5758, 2005. ссылка
  16. ↑ М. Эли де Бомон, Воспоминания Огюста Браве (Смитсоновский институт, Вашингтон, 1869 г.)
  17. ^ a b "Mémoire sur les halos et les phénomènes optiques qui les affagnent", 1847, J. de l'École Royale Polytechnique 31 (18), p.1-270, §XXIV - Reproduction artificielle des phénomènes optiques dus à des prismes à ax вертикальный, Рисунки: PL I: Рис. 48, PL II: Рис: 49-54.
  18. ^ «Die Nebensonnen unter dem Horizont», Meteorol. Z. 34–52 (8/9), 295–298, A. Wegner, 1917.
  19. ^ Гомогенизирующие световые стержни / ссылка на световые трубы
  20. ^ «Распределение интенсивности паргелического круга и вложенной паргелии на нулевой отметке Солнца: теория и эксперименты», Прикладная оптика (Appl. Opt.), Vol. 54, Issue 22, 6608–6615, S. Borchardt and M. Selmke, 2015. ссылка
  21. ^ a b «Искусственные ореолы», Американский журнал физики (Am. J. Phys.), Vol. 83 (9), 751–760, М. Сельмке, 2015. ссылка
  22. ^ Ф. Вентури, "Commentarii sopra ottica", стр. 219, Tav VIII, рис. 17, дуга: PGQ, рис. 27, стр. 213.
  23. ↑ Иоганн Самуэль Трауготт Гелер (1829). Physikalisches Wörterbuch: neu bearbeitet von Brandes, Gmelin, Horner, Muncke, Pfaff . Э. Б. Швикерт. п. 494 .
  24. ^ a b c Статья с изображениями на BoredPanda: Сферический проекционный экран для искусственных ореолов
  25. ^ a b c d «Сложные искусственные ореолы для классной комнаты», Американский журнал физики (Am. J. Phys.), Vol. 84 (7), 561–564, M. Selmke and S. Selmke, 2016. ссылка
  26. ^ Домашняя страница: Arbeitskreis Meteore эВ ссылка
  27. ^ "Аналоговый эксперимент по рассеянию света гексагональными льдовидными частицами. Часть II: Экспериментальные и теоретические результаты", JOURNAL OF ATMOSPHERIC SCIENCES, Vol. 56, Б. Барки, К. Н. Лиу, Ю. Такано, В. Геллерман, П. Соколклы, 1999.
  28. ^ «Демонстрации гало и миражей в атмосферной оптике», Прил. Опт. 42 (3), 394–398, М. Фоллмер и Р. Гринлер, 2003. ссылка
  29. ^ a b «Искусственно созданные гало: вращение кристаллов образца вокруг различных осей», Applied Optics Vol. 54, Issue 4, pp. B97-B106, Michael Großmann, Klaus-Peter Möllmann и Michael Vollmer, 2015. ссылка
  30. ^ "Sky Transform" на atoptics.co.uk: ссылка

Внешние ссылки [ править ]

  • Пояснения к гало и галереи изображений в Атмосферной оптике
  • Meteoros AKM - Пояснения к Halo и галереи изображений
  • Отчеты о гало об интересных наблюдениях гало по всему миру
  • Ореол Южного полушария и другие атмосферные явления
  • Halo в Кишиневе Молдова (фото и видео)
  • Уолтер Тейп и Ярмо Мойланен, « Атмосферные ореолы и поиск угла x» (бесплатная электронная книга)
  • Явления гало - Гиперфизика