Необычные природные явления. Световые столбы: фото, описание, происхождение. Световой столб

Столбы света над фонарями.

Если зимой в тихую, морозную ночь вы выйдете на городскую площадь, освещенную фонарями, и если существуют некоторые благоприятные обстоятельства, о которых будет сказано чуть позже, то, может быть, вам посчастливится быть свидетелем редкого эффектного зрелища: вы увидите над площадью лес светящихся столбов. Световой столб стоит над каждым фонарем строго вертикально и уходит далеко вверх. Можете обойти фонарь со всех сторон, световой столб останется на своем месте.

В книге М. Миннарта «Свет и цвет в природе» кратко говорится об этом явлении. Там сказано, что оно наблюдается в Канаде и в России и что причина его - отражение света мелкими ледяными частицами, взвешенными в воздухе. От этого еще довольно далеко до детального объяснения механизма возникновения световых столбов.

То, что в создании световых столбов участвуют мелкие снежинки или льдинки, находящиеся в атмосфере, не вызывает никаких сомнений. Освещенные фонарем снежинки и льдинки блестят, как будто сами светятся. Но почему светится только столб, стоящий над фонарем?

Проделав простой эксперимент, вы убедитесь, что появление столбов связано со стереоэффектом. Вы смотрите на фонарь, закрыв правый глаз, и вместо столба видите вертикальную полоску сверкающих снежинок, находящихся в воздухе между глазом и фонарем, но несколько выше его. Такую же полоску вы видите, когда смотрите, закрыв левый глаз,- это сверкают снежинки в другой области, а именно в той, которая находится между правым глазом и фонарем. Теперь откроем оба глаза: два изображения, две сверкающие полоски сливаются, и вы видите световой столб. Уже над фонарем. Еще раз подчеркнем - это своего рода оптический обман, вы видите две разные светящиеся полоски, два разных объема воздуха со своими сверкающими частицами - один перед правым глазом, а другой перед левым.

А теперь подумаем: почему сверкающие полоски вертикальны и почему снежинки сверкают только тогда, когда попадают в вертикальную плоскость, проходящую через глаз и через источник света? Почему не видны снежинки за пределами этой плоскости?

Снежинки - это, как правило, плоские звездочки: в центре маленький шестиугольник, от его углов растут шесть лучей с веточками, параллельными кромкам шестиугольника. От этих веточек отрастают другие, и в итоге звездочка может принять довольно сложные формы. Процесс кристаллизации влаги идет от центра снежинки, и это позволяет понять, какие промежуточные формы принимает звездочка.

В начальной стадии частички льда прилипают к углам правильного шестиугольника и их цепочки от двух соседних углов растут навстречу друг другу. Из таких цепочек вырастает новый геометрически подобный шестиугольник большего размера, или, иными словами, первоначально возникший шестиугольник увеличивается.

Но вот наступает такой момент, когда растущие цепочки не успевают встретиться, а на углах уже начинают нарастать новые цепочки. И тогда на углах получаются микроскопические плоские ледяные елочки с веточками, параллельными сторонам шестиугольника. Дальше на лучах нарастают новые палочки, и звездочка становится все более сложной.

Если влаги в атмосфере мало, процесс заканчивается на сравнительно ранней стадии и в воздухе рождаются мелкие снежинки в виде шестиугольников и самых простейших звездочек. Как мы увидим дальше, это и есть одно из «некоторых благоприятных обстоятельств», необходимых для возникновения световых столбов.

Теперь поговорим о том, как ведут себя эти мельчайшие снежинки при медленном падении в тихую погоду.

Строго говоря, следовало бы провести исследования падающих снежинок в реальных условиях, скажем, с помощью киносъемки. Но, предположив, что поведение снежинки в основном определяется ее формой, можно экспериментировать с моделью сравнительно больших размеров. Такие эксперименты автор проделал совместно с инженером А. А. Бородиным, в опытах использовались модели снежинок, вырезанных из бумаги. Были получены следующие результаты:

1. «Снежинки» с двумя взаимно перпендикулярными осями симметрии авторотируют. Авторотацией в аэродинамике называется движение тела, сопровождаемое вращением за счет взаимодействия с атмосферой.

3. Чем больше удлинение «снежинки», или отношение большей оси к меньшей, тем при той же ее площади вращение идет быстрее.

4. Правильные шестиугольники и шестиконечные звездочки вращаются вокруг оси, соединяющей противолежащие углы и лучи. Именно так авторотировали и наши бумажные «снежинки».

На первом рисунке изображен фонарь на столбе и наблюдатель, причем предполагается, что плоскость чертежа проходит через центр светящейся части фонаря (например, через центр шара из белого матового стекла) и через глаз наблюдателя. В этой же плоскости находятся четыре снежинки - 1, 2, 3, 4. Их оси вращения перпендикулярны к плоскости чертежа, а сами снежинки показаны в виде коротких черточек в тот момент своего вращения, когда свет от фонаря, отражаясь от снежинки, как от зеркала, попадает в глаз. Показанные четыре снежинки сверкают по два раза за оборот, а точнее, немного чаще или реже, так как, падая, меняют свое местоположение.

Точки 1, 2, 3, 4 со штрихами. Это - кажущееся положение световых точек; они создают иллюзию световой линии. По положению точки 4 видно, что световой столб может иметь участок ниже фонаря, если только он не слишком засвечивается прямым светом самого фонаря.

Падая и вращаясь, снежинки посылают световые вспышки в глаз до тех пор, пока не уйдут из вертикальной плоскости «глаз - фонарь» или пока их ось вращения не отклонится от перпендикуляра к этой плоскости.

Скорость падения снежинки невелика, а угловая скорость и, следовательно, число световых всплесков в секунду могут быть довольно большими.

На втором рисунке схематично показано, как расположены в плане фонарь и левый (л) и правый (п) глаза наблюдателя, а также несколько снежинок, посылающих световые вспышки в сторону наблюдателя. Для наглядности диаметр фонаря, а следовательно, и углы сильно преувеличены.

Сделано это для того, чтобы яснее показать: снежинки, которые видит наблюдатель, располагаются в пределах некоторых углов. То есть наблюдатель видит не линии, а светящиеся полосы, которые и создают в итоге иллюзию световых столбов. Нетрудно сообразить, что число снежинок, которые находятся между фонарем и глазом и блеск которых видит наблюдатель, будет тем больше, чем больше углы αл и αп. Можно даже подсчитать долю этих видимых снежинок в общем числе снежинок, падающих на землю в пространстве, которое ограничено вертикальными плоскостями, проходящими через линию, a-л и b-л (для левого глаза) и c-п и d-п (для правого глаза). Доля эта довольно велика, примерно она равна (αл+αп):360.

Может быть также подсчитано относительное число снежинок, которые находятся за пределами углов αл и αп, но тем не менее в каком-то определенном положении направляют отраженный свет точно в глаза наблюдателя (положение оси авторотации такой снежинки отмечено цифрой 5 на втором рисунке). Расчеты показывают, что за пределами углов αл и αп вероятность существования снежинок в таком положении чрезвычайно мала. Именно поэтому наблюдатель и видит яркий свет, отраженный авторотирующими снежинками только в пределах сравнительно небольших углов αл и αп видит световые столбы.

Н. Фадеев

Свет

Похожие материалы:

Световой (или солнечный) столб - один из самых частых видов гало. Это визуальное атмосферное явление, оптический эффект, который представляет собой вертикальную полосу света, тянущуюся от солнца во время его заката или восхода. Явление вызывается шестиугольными плоскими либо столбовидными ледяными кристаллами с почти горизонтальными параллельными плоскими поверхностями. Взвешенные в воздухе плоские кристаллы вызывают солнечные столбы, если солнце находится на высоте 6 градусов над горизонтом либо позади него, столбовидные - если солнце находится на высоте 20 градусов над горизонтом. Кристаллы стремятся занять горизонтальную позицию при падении в воздухе, и вид светового столба зависит от их взаимного расположения.

Световой столб возникает, когда солнечный свет от поверхностей мельчайших ледяных кристаллов, представляющих собой ледяные пластинки или стержни с шестиугольным сечением, взвешенных в воздухе. Такие кристаллы образуются в высоких перистых облаках, наиболее часто в перисто-слоистых. При низких температурах подобные кристаллы также могут образовываться и в более низких слоях атмосферы. Поэтому, световые столбы чаще наблюдаются в холодное время года. При формировании светового столба свет либо от верхней или нижней поверхности ледяной пластинки, либо от торцов или граней ледяного стержня.

В редких случаях световой столб может сопровождаться так называемым паргелическим кругом. Он представляет собой светлую полосу, которая видна на небе на той же высоте, что и Солнце. При благоприятных условиях она составляет замкнутый круг, проходящий через Солнце и ложные Солнца.

Световые столбы нередко формируются вокруг луны, городских огней и других ярких источников света. Столбы, исходящие от низко расположенных источников света, обычно намного длиннее, чем солнечные или лунные столбы. Чем ближе к световому столбу находится наблюдатель, тем меньше сказывается расположение кристаллов в пространстве на внешнем виде столба.

По древней легенде человек, увидевший столб света, обретет несметное богатство и счастье. Ведь теперь – он избран, и ему явилось божественное знамение.

Некоторые особо скептически настроенные наблюдатели не видят в явлении как мистических, так и природных первопричин, считая световые столбы лучами обыкновенных прожекторов.

С появлением историй про НЛО и расцвета увлечения уфологией, это явление связывали с долгожданным прибытием космических пришельцев. Но если вам посчастливится увидеть столб света, не пугайтесь! Это не инопланетный корабль пытается втянуть на борт очередную жертву, а ледяные частицы вполне естественного происхождения отражают свет Луны или Солнца.

Интереснейшее явление в природе, которое наблюдается довольно часто, - возникновение световых столбов, будто соединяющих небо и землю. Их появление многие народы принимали за различные предзнаменования - как добрые, так и зловещие.

Кто-то объявлял их проявлением божественной благосклонности, а кто-то - угрозой сильнейших разрушений, мора и голода. Что означают световые столбы в небе и какова природа их возникновения, поможет узнать эта статья.

Что представляет собой это явление

Световые столбы, появляющиеся в небе, - совершенно вертикальные, ярко сияющие колонны, тянущиеся от солнца (или луны) к земле или от нее к светилу во время заката или восхода, т. е. тогда, когда источник света располагается низко, у горизонта. Увидеть их можно выше или ниже солнца (луны), все зависит от места нахождения наблюдателя. Цвет столба идентичен оттенку светила в этот момент: если оно желтое, то и явление такое же.

Как трактуют ученые

Световые столбы - весьма распространенный вариант гало - так называемого оптического феномена, появляющегося при определенных условиях вокруг источника света. Когда впервые видишь это явление, трудно поверить в естественную природу его происхождения - настолько явственно сходство с лучами прожектора.

На самом деле свет солнца (или луны) взаимодействует с образовавшимися в ледяными кристаллами, которые отражают его. Подобное объяснение слишком просто, оно характеризует механизм появления феномена, но не проясняет тех условий, при которых возникновение световых столбов становится возможным. Разберемся, при каких обстоятельствах это явление происходит и что означает.

Световые столбы: как они возникают, почему мы их видим

Чаще всего появляются подобные оптические эффекты в холодное время года. Это обусловлено тем, что для возникновения столба в должны образоваться кристаллики льда, а солнце - находиться достаточно низко. При пониженных температурах воздуха в атмосфере образуется множество шестигранных ледяных кристалликов, способных отражать лучи света. Но нередки случаи возникновения подобного эффекта и в более теплое время года. Это может происходить в тот период, когда на небе наблюдают перистые облака - в них также образуются столбовидные шестигранные кристаллы льда.

Солнечные или лунные лучи, врываясь в атмосферу со скоростью свыше 300 тыс. км в секунду, сталкиваются со взвешенными в воздухе ледяными кристаллами. Именно это обстоятельство основополагающее для появления гало. Игра света с этими льдинками позволяет наблюдать за потрясающим феноменом, образующимся на высоте около 8 км.

В мороз кристаллы льда образуются значительно ниже, и благодаря этому световые столбы (фото представлено в статье) имеют очень четкие контуры и зрительно воспринимаются лучше. Зрелище это потрясающее - красивое и волнующее.

Образование феномена

Учеными прослеживается несколько вариантов образования оптического эффекта в зависимости от формы кристаллов и нахождения источника света. Появляются световые столбы так:

Если кристаллы льда имеют плоскую шестиугольную форму, то при падении они принимают горизонтальное положение, столбовидные же опускаются ровными стоячими рядами. Повиснув в холодном воздухе, они выполняют роль призмы, преломляя попадающий на них световой луч.
Отраженный свет образует своеобразную линзу, плавающую в воздухе и пропускающую через себя мощный луч.
Какие кристаллы участвуют в создании подобного эффекта (плоские или столбовидные), зависит от нахождения светила в этот момент. В положении под углом 6˚ к поверхности земли - это плоские шестигранники. Если же солнце окажется под углом 20˚, значит, световая колона образована преломлением в столбовидных кристаллах.

Феномен искусственного происхождения

Итак, холод и влажность - вот главные составляющие в возникновении благоприятных предпосылок для образования в атмосфере Земли взвешенных ледяных кристалликов, ограненных с шести сторон. В них может преломляться свет от различных источников - как от небесных, так и уличных прожекторов или автомобильных фар. Свет, преломляющийся в них, дает специфический эффект, представляющий собой перпендикулярную земле, резко очерченную яркую полосу. Жители северных городов бывают свидетелями редкого явления, имя которому - световой лес.

Происходит это потому, что падающие плоские кристаллы-шестигранники зимой не испаряются по дороге к земле из-за минусовой температуры, а превращаются в некое подобие густого тумана, способного отражать свет наземных источников и образовывать световые столбы, весьма схожие с природными. Такие лучи оказываются значительно длиннее, поскольку источник света расположен ниже.

Отличие от северного сияния

Природа возникновения этих двух различна. Полярные сияния - продукт вспышек когда магнитное поле планеты возмущено «порывами» солнечного ветра. Именно они, вторгаясь в заставляют ее светиться наподобие того, как это делает кинескоп телеприемника. Обычно северное сияние проявляется зеленовато-сиреневыми всполохами на большой площади небесного свода.

Механизм же образования световых лучей разительно отличается, поэтому путать эти оптические явления нельзя.

В нашей публикации рассмотрены причины возникновения удивительного оптического эффекта и даны объяснения, что означают световые столбы. Фото, представленные в статье, наглядно демонстрируют красоту редкого феномена.