ЗЕЛЕНЫЙ ЛУЧ НАД ВОЛГОЙ
Схема преломления солнечного луча. Солнечный луч в атмосфере Земли испытывает рефракцию — преломляется, как в стеклянной призме.
Луч, подобный
изумруду,
Золотого счастья
ключ —
Я его еще добуду,
Мой зеленый
слабый луч…
Н. Заболоцкий
Каждый из нас неоднократно видел, как на красном закатном небе скрывается за горизонтом солнечный диск. Характерный цвет заката обусловлен преломлением и рассеянием солнечного света в атмосфере Земли (см. «Наука и жизнь» № 9, 1993 г.). Однако мало кто знает про другое оптическое явление, также возникающее при закате солнца и связанное с распространением света в земной атмосфере, — появление зеленого луча. Это уникальное природное событие можно наблюдать, когда линия горизонта расположена далеко, а воздух кристально чист. В большинстве случаев зеленый луч удается увидеть лишь на мгновение над водной гладью моря или океана и только иногда — в горах. Появление его в средней полосе России — исключительно редкое событие и возможно лишь при удачном сочетании большого числа благоприятных факторов. Автору данной статьи удалось наблюдать и сфотографировать зеленый луч на Волге, в районе Нижнего Новгорода.
Наиболее часто зеленый луч наблюдали моряки во время длительных плаваний и считали, что его появление — хорошая примета, знак удачного завершения путешествия. Люди верили, что тот, кому повезло увидеть зеленый луч, обретет свое счастье. Существует легенда, пересказанная Жюлем Верном в романе «Зеленый луч», согласно которой «тот, кому хотя бы однажды посчастливится увидеть зеленый луч, станет обладателем неоценимого сокровища, имя которому — «сердечная прозорливость». И тогда человеку будут не страшны никакие заблуждения и иллюзии, ибо он сможет без труда читать в собственном сердце и в сердцах других людей». Яркие сине-зеленые цвета вспышки на краю Солнца оставляют неизгладимые впечатления и воспоминания на всю жизнь. Они вдохновили поэта Николая Заболоцкого, наблюдавшего зеленый луч на Балтийском море, на написание стихотворения, строфа из которого взята в качестве эпиграфа к данной статье.
Скептики считают зеленый луч вымыслом или оптическим обманом. Некоторые полагают, что это реакция человеческого глаза, утомленного созерцанием солнца. Именно для последних знаменитый популяризатор науки Я. И. Перельман в своей книге «Занимательная физика» не только подробно объясняет причину природного явления «зеленый луч», но и приводит факты, опровергающие различные заблуждения по этому поводу. Но только в наше время, когда фотографическая техника дает возможность запечатлеть многочисленные случаи появления зеленого луча, сомнения, похоже, должны оставить скептиков.
Причины возникновения этого необыкновенного зрелища можно легко понять, опираясь на знания, полученные в средней школе. Известно, что солнечный свет состоит из набора электромагнитных волн, каждая из которых обладает своей частотой и длиной. Волна определенной частоты воспринимается человеческим глазом как цвет: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый (каждый охотник желает знать, где сидит фазан). Красный цвет обладает наибольшей в данном спектре длиной волны, составляющей около 0,7-0,6 микрометра. Для зеленого и фиолетового цветов длина волны равна примерно 0,5 и 0,4 микрометра соответственно. Несмотря на такие, казалось бы, небольшие различия в длине волны, лучи разного цвета по-разному распространяются в веществе, в частности имеют различные скорости. Зависимость скорости световых волн в веществе от их длины или частоты есть проявление более общей зависимости скорости отклика вещества на частоту колебаний электрического поля в световой волне. В физике такое явление называется дисперсией. В большинстве веществ и сред, в том числе и в земной атмосфере, красный свет распространяется с большей скоростью, чем сине-зеленый. Такая зависимость, называемая нормальной дисперсией, соответствует меньшим показателям преломления для красного света, чем для сине-зеленого. Напомним, что показатель преломления — это величина, показывающая на сколько скорость света в веществе v меньше, чем в вакууме: n = c/v, где с ≈ 3•10 8 м/c — скорость света в вакууме.
Второе, что необходимо для понимания явления, это знание закона преломления света. Согласно данному закону, при наклонном падении света на границу сред с различными показателями преломления световой луч отклоняется от первоначального направления распространения, то есть преломляется. При попадании светового луча из области с меньшим значением n, например из вакуума, где n = 1, в среду с большим значением n угол преломления всегда меньше угла падения. Напомним, что оба угла отсчитываются от нормали (перпендикуляра) к границе раздела областей. Так как показатели преломления для волн разной длины различаются, то и углы преломления будут разными, а именно: красный свет будет преломляться меньше, чем зеленый. Это, в частности, служит причиной разложения белого света в спектр при его пропускании через стеклянную призму. Подобное разложение солнечного света в спектр имеет место и в атмосфере Земли. Однако наблюдается оно лишь в отдельных случаях и в особых местах. Так, при заходе или восходе солнца его лучи, видимые наблюдателем на Земле, наклонно падают из космического пространства (вакуума). Поскольку плотность атмосферы нарастает при приближении к поверхности Земли, то и показатель преломления света увеличивается. Свет, распространяясь из космоса к земной поверхности, постоянно преломляется, а значит, и разлагается в спектр, причем, как и в стеклянной призме, меньше всего преломляются лучи красного света. Хотя различие показателей преломления для красного и сине-зеленого световых лучей в атмосфере крайне мало, но на больших расстояниях (сотни километров) эффект их разделения вполне наблюдаем. Именно в этом и состоит причина появления зеленого луча. Действительно, в то время как солнце уже реально находится за линией горизонта и его красные лучи проходят выше наблюдателя, более коротковолновые зеленые лучи, отклоненные сильнее, можно увидеть. Конечно, голубые, синие и фиолетовые лучи, обладающие еще меньшей длиной волны, преломляются гораздо сильнее, но увидеть их практически невозможно: они очень сильно рассеиваются и поглощаются в земной атмосфере.
Основное препятствие для наблюдения зеленого луча — рассеяние на взвешенных частицах тумана, пыли, дыма и других земных загрязнений воздуха, а также на неоднородностях атмосферы. Кроме того, как уже упоминалось, длина пути солнечного света от точки входа в атмосферу Земли до точки наблюдения должна быть достаточно большой. Все эти условия легче всего выполняются при наблюдении заката или восхода солнца на больших водных пространствах. Увидеть зеленый луч в степи или в лесистой местности практически невозможно. То, что данное явление можно было наблюдать на Волге, в средней полосе России, скорее всего, связано с исключительно благоприятными погодными условиями, а также с удачным выбором времени и места наблюдения. Дело происходило в самом начале мая, когда из-за запоздавшей весны еще не началось массовое цветение растений. Стояла ясная прохладная погода, воздух был чист и прозрачен. Я находился на набережной Волги, сразу за местом, где в нее впадает Ока, за так называемой стрелкой. С этой точки Волга просматривается на большом протяжении вверх по течению.
Даже понимая все физические причины и естественное природное происхождение зеленого луча, трудно избавиться от сильного эмоционального воздействия. Поэтому, подобно морякам и поэтам, хочется верить, что появление этого чуда природы над Волгой, в самом сердце России, послужит хорошим предзнаменованием для страны и живущих в ней людей.
Заерман М. Зеленый луч в Карском море. — «Наука и жизнь», 1980, № 12, с. 109.
Миннарт М. Свет и цвет в природе. — М., 1969.
Перельман Я. Занимательная физика. — М., 1972.
Полуянов В. Зеленый луч в Красном море. — «Наука и жизнь», 1993, № 8, с. 27.
Урбаньчик А. Зеленый луч Солнца. — «Наука и жизнь», 1989, № 12, с. 94.
Иллюстрация «Зеленый луч на Балтийском море».
На горизонте можно различить контуры моста через Волгу, расположенного за несколько километров до впадения Оки в Волгу. По-видимому, расстояние от линии горизонта до точки наблюдения оказалось достаточным для разделения преломленных солнечных лучей в спектр. Таким я увидел зеленый луч.
Источник
Зелёный луч
Предполагают, что при исключительно высокой прозрачности воздуха последний луч может быть зелёно-голубым и даже голубым, почти до фиолетового. Так как подтверждений этому нет, считают, что подобное явление наблюдается исключительно редко [2] , [3] .
Зелёная и красная кайма у солнечного диска [ ]
Считается, что если Солнце имеет при закате красный цвет и на него легко смотреть невооружённым глазом, то зелёного луча не будет исходя из предположения, что красный цвет солнечного диска указывает на сильное рассеяние атмосферой синих и зелёных лучей. Таже предполагают, что если Солнце мало изменило свой беловато-жёлтый цвет (якобы если поглощение света атмосферой невелико), то при чистом воздухе можно увидеть зелёный луч после заката [7] .
При этом, при восходе Солнца должно иметь место обратная смена цветов: первый луч восходящего Солнца должен был бы быть зелёный, затем к нему добавляется жёлтый, оранжевый и, наконец, красный, вместе формирующие обычный дневной свет Солнца. Однако этого никто и никогда не замечал, что ставит под сомнение предложенное описание явления.
Полагают, что явление зелёного луча бывает трёх форм:
- в виде зелёного края верхней части диска Солнца,
- в виде зелёного сегмента
- в виде зелёного луча, который похож на зелёное пламя, вырывающееся из-за горизонта.
Так же бытует мнение, что Зелёный луч чаще всего появляется в южных странах, так как там у горизонта «прозрачней» небо.
Причина явления [ ]
Все попытки «физического» объяснения феномена Зелёный луч ни как не согласуются с самой физикой.
Мистификация этого явления привела к массе расказов очевидцев и банальных подделок, авторы которых пытаются утверждать, что именно им посчастливилось запечатлеть это редкое явление.
Простое и понятное объяснение этого «явления» кроется не в рефракции солнечных лучей в атмосфере, а в устройстве механизма цветового зрения человека (возникновение последовательного образа цвета при выключении «красного» стимула):
зелёного луча не существует, как физического явления, есть простой эффект нашего зрения.
Подтверждением служит и известный Эффект Трокслера наглядно демонстрирующий появление ощущения зелёного цвета при пропадании спектрального состава вызывающего ощущение пурпурного цвета.
Механизм этого эффекта подробно описан например в статье Иллюзии и парадоксы цветового зрения с точки зрения нелинейной теории цветового зрения. Этот эффект можно достаточно просто повторить в домашних условиях, включая и выключая красный светодиод на фоне светлой стены или листа бумаги. Таким образом, вы сможете наблюдать это «явление» в любое время, не зависимо от погоды, местности, положения солнца и состояния атмосферы. [8]
Примечания [ ]
- ↑Я.И.Перельман. Занимательная физика. — 6-е издание. — М .: 2006. — С. 161, абз. 3. (см. ISBN )
- ↑С. В. Зверева. . — Л. : Гидрометеоиздат, 1988. — С. 160. (см. ISBN )
- ↑»The Green Flash, BBC Weather online. Retrieved on 2009-05-07.
- ↑Я. И. Перельман. Занимательная физика. — 6-е. — М .: АСТ, 2006. — С. 161, абз. 4. (см. ISBN )
- ↑Я. И. Перельман. Занимательная физика. — 6-е. — М .: АСТ, 2006. — С. 158,159. (см. ISBN )
- ↑Миннарт М. Свет и цвет в природе. — М ., 1969. (см. ISBN )
- ↑Я. И. Перельман. Занимательная физика. — 6-е. — М .: АСТ, 2006. — С. 160. (см. ISBN )
- ↑С. Ременко. Цвет и зрение / под ред. И. П. Молодян, Ф. И. Гыцу. — Кишинёв: Картя Молдавеняска, 1982. — С. 36 — 37. — 160 с. с. — 10 000 экз. (см. ISBN )
Источник