суббота, 3 сентября 2011 г.

Атмосферные явления atmospheric phenomena


Великий французский астроном и естествоиспытатель Камиль Фламмарион (1842 - 1925)в в одной из своих книг — знаменитой «Атмосфере» — впервые описал и объяснил широкой читающей публике весь спектр необычных природных явлений в атмосфере Земли (в России книга издана в 1900 г.). После него описания миражей, солнечных гало, брокенских призраков и других оптических чудес природы стали привычными для каждого образованного человека.
Сейчас, в пору бурного технического развития, мощные техногенные процессы меняют лицо планеты, и старые добрые чудеса Камиля Фламмариона тоже изменяются. В образовании классических атмосферных явлений принимают участие технологические факторы, и часто само явление становится неузнаваемым и превращается в «неопознанный объект».
Фламмариону принадлежит честь первых наблюдений «техногенных» вариантов атмосферных чудес природы. Поднявшись на воздушном шаре, он впервые наблюдал и описал радужное гало вокруг тени, которую отбрасывал на облака этот символ технического прогресса прошлого столетия.

Гало


Рис. 1. Возникновение кольца гало. Иллюстрация из книги К. Фламмариона

Остановимся на описании лишь одного явления из области атмосферной оптики — необычных гало. Гало (от греческого halos — круг, диск) представляют собой симметричные фигуры — круги, дуги, пятна, расположенные около яркого источника света (обычно Солнца или Луны) и образующиеся в холодную ясную погоду. Они создаются преломлением световых лучей на плавающих в воздухе кристалликах льда, имеющих форму разнообразных продолговатых параллелепипедов. Если кристаллики перемешаны потоками воздуха и распределены в пространстве равномерно, то около источника света возникают световые окружности, как это иллюстрирует рисунок из книги Фламмариона (рис. 1). Если же воздух неподвижен, то частицы парят как парашютики, располагаясь горизонтально. Тогда преломление происходит в основном в вертикальной плоскости: возле источника света образуется световой столб (рис. 2). Кроме того, от поперечных граней кристалликов иногда возникают горизонтальные полосы света, хотя и более слабые. В итоге могут образовываться крестообразные фигуры.

Рис. 2. Световые столбы — преломление света от уличных светильников на парящих в воздухе мельчайших кристалликах льда
Если кристалликов в воздухе мало, у Солнца образуются «уши» или же по бокам появляются «ложные солнца». Если кристалликов много, отраженного и преломленного света хватит и на кресты, и на круги, которые к тому же начинают периодически повторяться. В этом случае появляется довольно сложная картина с ложными солнцами в горизонтальной плоскости

Специалисты по атмосферной оптике Лес Коули и Роберт Гринлер расшифровали данные, полученные при старте солнечной обсерватории НАСА Solar Dynamics Observatory (SDO). 
SDO была запущена 11 февраля прошлого года, и уже через два месяца ученые представили сделанные ее приборами тестовые снимки Солнца. Не связанную с физикой светила полезную информацию аппарат, как выясняется, начал собирать гораздо раньше, пишет compulenta.ru. 
Зрителям, собравшимся неподалеку от космодрома на мысе Канаверал, посчастливилось снять на видео не только успешный старт ракеты-носителя Atlas V, которая вывела SDO в космос, но и относительно редкое атмосферное явление — паргелий (ложное Солнце). Последний считается одним из видов гало, обычно наблюдается слева и справа от утреннего Солнца и образуется в результате преломления излучения в перистых облаках — в плоских гексагональных кристалликах льда, парящих в атмосфере. Самое интересное, впрочем, произошло через несколько секунд после старта, когда ракета поднялась в небо: ударные волны нарушили расположение кристалликов, и паргелий исчез.








(рис. 3).










Рис. 3. Гало и ложные солнца
Что касается радужных гало, которые наблюдал Фламмарион с воздушного шара, то разноцветные радужные круги образуются при преломлении и дифракции света в капельках воды, плавающих в воздухе. Они бывают только круглыми, поскольку все капельки имеют простую сферическую форму.
Таким образом, существуют многочисленные варианты гало, и внимательный наблюдатель может время от времени (особенно в наши холодные зимы) ими любоваться. А вот то, что он при этом увидит, зависит не только от погоды.

Умение увидеть

Как человек видит? Точнее, как он опознает и узнает то, что находится у него перед глазами?
Когда в поле зрения возникает какой-то объект, его изображение проецируется на сетчатку глаза, откуда возбуждение передается в мозг и там анализируется. Мозг человека устроен так, что он пытается любое изображение, появившееся на сетчатке, уложить в какую-нибудь связную картину из числа для него «приемлемых», т.е. отнести наблюдаемый объект к одному из «привычных» классов объектов. Фрагменты и детали изображения при этом должны получить логичное и внутренне непротиворечивое объяснение. Мало того, трактовка увиденного должна органично вписываться в картину мира, свойственную как мироощущению и знаниям человека-наблюдателя, так и стереотипам эпохи.
Одно и то же явление, увиденное средневековым человеком и нашим современником, будет соотноситься с разными системами представлений и понятий, с совершенно непохожими картинами мира. Вот как комментирует это А.С. Гурвич, специалист по оптическим явлениям: «Миражи в небе часто отождествлялись с воздушными кораблями. Но какими? В средние века — это парусники или галеры с якорями. С появлением локомотивов и дирижаблей в показаниях очевидцев появляются иллюминаторы, прожектора, посадочные устройства».
Ту основу, на которую мозг нанизывает детали для построения окончательной картины, называют по-разному. Иногда это просто «идея» воспринимаемого мира, его модель. Каждому школьнику известна планетарная модель атома, предложенная Резерфордом, — ядро, вокруг которого по разным орбитам вращаются электроны. И едва ли не каждый школьник задумывается — а что, собственно, здесь нового? Это же очевидно. Но когда данные о структуре и свойствах атомов были неясны и отрывочны, «увидеть» такую модель было поистине гениальным прозрением.
В теории зрения существует очень удачный термин: объект-гипотеза. Так называют исходные (априорные) знания и представления человека об увиденном, позволяющие ему в каждом конкретном случае быстро и уверенно судить о том, что именно находится перед его глазами.
Когда для наблюдаемого явления в мозгу имеется готовая объект-гипотеза, все детали появляющегося изображения легко ставятся на свое место. Но если мозг не имеет подходящей формы для картины, то сразу создать ее трудно. Вот характерный пример. Многие знают, как устроена планета Сатурн. Взглянув на нее в телескоп, каждый увидит шар, окруженный кольцом, — правда, в зависимости от положения планеты на орбите кольцо будет по-разному повернуто к наблюдателю и выглядеть соответственно этому. Но вот что интересно: астрономы XVII века не знали, что Сатурн — шар с кольцом. И сколько ни рассматривали его в телескопы, ни шара, ни кольца они не видели. Галилей, открывший в 1610 году кольца Сатурна, называл при этом планету «тройной звездой»: «Средняя звезда кажется мне большой, две же другие, расположенные одна на востоке, другая на западе, по-видимому, касаются ее. Это как будто два служителя, помогающие старому Сатурну совершать его путь». Не было подходящей объект-гипотезы — не было и психологического каркаса, в рамках которого можно было бы синтезировать правильный образ планеты.

Неузнанные или неопознанные?

Точно так обстоит дело и с наблюдениями многих аномальных атмосферных явлений. Не имея подходящего объяснения для наблюдаемой картины, мозг подспудно ищет по возможности близкие объект-гипотезы и выдает сознанию трактовку события на основе наиболее подходящего «базового варианта».
Упоминания об аномальных явлениях в небе мы находим в самых древних письменных свидетельствах истории — на страницах Библии и китайских хроник, в египетских папирусах и русских летописях. Да и сейчас время от времени рассказы о таких чудесах попадают на страницы печати. Анализ этих удивительных и красочных сведений — подчас увлекательное дело.
К сожалению, и в истории, и в современных событиях часто не восстановить и не проверить деталей, нужных для их уверенной идентификации — суждения о том, что же это было. Неудивительно, что многие чудеса, простые по своей природе, но возникшие «не там, где надо» или «не так, как надо», остаются неузнанными. А от неузнанного до неопознанного один шаг.


Чудо пророка Иезекииля

Одно из самых древних описаний неопознанных атмосферных явлений содержится в Библии. Это — знаменитые колеса Иезекииля:
«И я видел их: и вот бурный ветер шел от севера, великое облако и клубящийся огонь, и сияние вокруг него;
а из середины его как бы свет пламени из середины огня; и из середины его видно было подобие четырех животных: их облик был как у человека; и у каждого — четыре лица, и у каждого из них — четыре крыла;
а ноги их — ноги прямые, и ступни ног их — как ступня ноги у тельца, и сверкали, как блестящая медь (и крылья их легкие).
И руки человеческие были подкрыльями их, на четырех сторонах их;
и лица у них, и крылья у них — у всех четырех; крылья их соприкасались одно к другому; во время шествия своего они не оборачивались, а шли каждое по направлению лица своего…
И смотрел я на животных — и вот на земле подле этих животных по одному колесу перед четырьмя лицами их.
Вид колес и устроение их — как вид топаза, и подобие у всех четырех — одно, и по виду их и по устроению их казалось, будто колесо находилось в колесе.
Когда они шли, шли на четыре свои стороны; во время шествия не оборачивались.
А ободья их — высоки и страшны были они; ободья их у всех четырех вокруг полны были глаз…
А над сводом, который над головами их, было подобие престола, по виду как бы из камня сапфира; а над подобием престола было как бы подобие человека вверху на нем.
И видел я как бы пылающий металл, как бы вид огня внутри его вокруг; от вида чресл его и выше и от вида чресл его и ниже я увидел как бы некий огонь, и сияние было вокруг него.
В каком виде бывает радуга на облаках во время дождя, такой вид имело это сияние кругом».


Рис. 4. Чудо пророка Иезекииля на гравюре знаменитого английского поэта и художника Уильяма Блейка (1757 - 1827)

Что же представляло собой чудо? Пророк Иезекииль (VII в. до н.э.) был, судя по всему, нетривиальным человеком, наблюдательным и эмоциональным, так что описанные им события читались и осмысливались многими поколениями читателей в разных странах.
Первую научную трактовку «колес Иезекииля» дал американский астроном Д. Мензел, известный у нас не столько своей научной деятельностью, сколько книгой «О «летающих тарелках» (как теперь принято говорить, неоднозначной). Описанное Иезекиилем явление — чрезвычайно редкое для южных широт солнечное гало, представшее перед его экзальтированным взором в виде небесных чудищ. Чудо пророка вдохновило замечательного английского поэта и художника Уильяма Блей- ка, современника французских энциклопедистов, и он изобразил его на одной из своих гравюр (рис. 4). В центральной фигуре с четырьмя лицами легко угадывается крест гало, а контуры крыльев повторяют структуру колец. На рисунке 5 приведена реконструкция колес Иезекииля, реставрированная по схеме гало самим Мензелом.

Рис. 5. Гало, которое наблюдал и описал пророк Иезекииль. Реконструкция сделана Д. Мензелом







Гало на страницах русских летописей

Явление гало было знакомо и русским книжникам. Известный астроном Д.О. Святский. еще на рубеже XX века опубликовал рисунок из старой летописи, показывающий, какой образ вызывало это явление в глазах наблюдателя (рис. 6). Мир крестов и корон был ему ближе и роднее привычного сегодня мира физических законов.


Рис. 6. Изображение гало в одной из последних русских летописей



Автор этих строк и сам однажды с удивлением обнаружил в одной из летописей описание необычного случая возникновения гало. В Вологодской летописи под 7171 годом (летописный 7171 год длился с 1 сентября 1662 г. по 31 августа 1663 г.) можно прочесть: «Ноября в 29 день по захождении солнца от запада бысть знамение страшно и ужаса исполнено в Белозерском уезде в Кириловской волости на Ерге: явися на небе яко звезда пресветлая долга и побеже скоростию, яко ж молния, по небеси. И расступися небо, и стояло яко полчаса, и тамо свет видети неизреченный яко огнь, и в том свете стоя яко человек, глава и очи и руце растяжены, перси и нозе, а весь огнен; воздуху же тогда небесному чисту и мразу великому сущу». А потом «камение великое падало от небеси на землю с великою яростию и шумом, горящее от огня небесного, и в мерзлую землю глубоко входило».
Оказалось, что самэтот случай астрономам хорошо известен (Д.О. Святский классифицировал его как «падение аэролитов», т.е. осколков большого метеорита). В летопись описание попало из подробного письма священника селения Ерги, расположенного близ города Устюга. Из этого и других многочисленных и подтверждающих друг друга свидетельств следует, что метеорит пролетел над вологодской землей более 200 километров с запада на восток. Для части свидетелей, которые наблюдали огненный след метеорита «в лоб», он должен был какое-то время выглядеть неподвижной огненной точкой или огненным диском; в ясный морозный вечер этот диск и стал источником света, давшим картину гало. Любопытно, что описание гало как огромного призрака человека, стоящего во весь рост с распростертыми руками («выспрь зрак велик»)перекликается и с гравюрой Уильяма Блейка и с зарисовкой русского книжника.

Британский флаг над Внуковым

Кажется, на этом историю превращения гало в призраки можно было бы считать законченной. Но, оказывается, возможен и техногенный вариант гало. И находим мы его уже в списке неопознанных явлений, например — в книге С. Шульмана «Инопланетяне над Россией».
15 мая 1981 года примерно в 1 ч 30 мин ночи над Тулой был замечен ярко светящийся сферический объект, движущийся в сторону Москвы. Приблизившись, объект завис над аэропортом Внуково, где его видели сотни свидетелей. Около минуты объект был неподвижен, потом из его центра «вырвалась ослепительная белая молния», образовавшая вокруг него что-то вроде солнечной короны, которая тут же рассыпалась каскадом искр, «как это бывает при фейерверках».
Когда искры погасли, на этом месте возник «черный квадрат, который потом был пересечен какими-то люминесцирующими полосами. Полосы образовали внутри квадрата что-то вроде огромного креста. Все это вместе напоминало Британский флаг…
Затем основной объект пришел в движение и начал удаляться, но черный квадрат с «флагом» еще какое-то время оставался на месте. А еще через несколько минут… начал бледнеть и растворился в пространстве. По всей видимости этот квадрат был не материален, т.е. он был искусственно созданным оптическим эффектом, ибо, как утверждают очевидцы, сквозь него были видны звезды».
Зарисовки огненного шара над Внуковым и «Британского флага», выполненные очевидцем события, приведены на рисунке 7.

Рис. 7. Техногенные гало над аэропортом Внуково

Что же это было? Первая часть наблюдения, кажется, сомнений не вызывает — это картина старта многоступенчатой ракеты, произведенного за сотни километров от Внукова. Объект, неподвижно повисший в небе, — очевидное описание наблюдаемого «с торца» газопылевого шлейфа двигателя, освещенного находящимся под горизонтом Солнцем. Когда по команде с земли включились двигатели следующей ступени, из центра круга «внезапно» вырвалась «ослепительная молния».
Разделение ступеней — сложная технологическая операция, сопровождающаяся взрывом кумулятивных зарядов, пережигающих соединительные элементы между ступенями. Поэтому использованное сравнение с «солнечной короной, которая рассыпалась каскадом искр, как при фейерверках» лучше бы заменить более точным сравнением с вспышками и искрами расплавленного металла при электросварке.
А вот «черный квадрат», пересеченный какими-то люминесцирующими полосами, действительно уникальное явление. Насколько можно судить, это — первое в литературе описание техногенного гало. На втором рисунке очевидца «Британского флага» видны и характерный крест, и круг. Гало наблюдалось несколько минут — столько работают двигатели второй ступени ракеты. В кристалликах облака вместо обычного источника света, Солнца, преломлялись лучи света от огненной точки работающих двигателей.
Остается уточнить, откуда теплой майской ночью в небе могло внезапно возникнуть облако кристалликов льда. Дело в том, что продукты сгорания ракетного топлива включают пары воды; кроме того, кристаллы могут образовываться в результате переохлаждения и кристаллизации содержащихся в продуктах сгорания окислов металлов (например, Al2O3).
Отсутствие объект-гипотезы «земного происхождения» явления не позволило распознать наблюдаемую картину, хотя предположение об искусственном характере происходящего и было высказано. Техногенное гало осталось тогда не узнанным.


Не только гало

Мы рассмотрели только один пример трансформации классических атмосферных явлений в неопознанные чудеса природы — гало. Но за пределами рассмотрения осталось много неузнанного и неопознанного.
Некоторые из таких чудес достаточно очевидны — например, необычные облака. Например, хвост кометы — освещенное солнцем разреженное облако газов в космическом пространстве — простирается до бесконечности, но видна обычно только его головная часть, где плотность вещества больше и рассеивается достаточно солнечного света. Точно так же шлейф продуктов сгорания ракетного двигателя виден только тогда, когда по лучу зрения он оказывается «достаточно плотным». Если такой шлейф попадет между солнцем и наблюдателем, он может выглядеть как темная туча. Но ракета имеет абсолютно круглые сопла двигателей, и техногенная туча получается исключительно правильных очертаний.
Мало того, если наблюдатель (например, на самолете) будет перемещаться вдоль или поперек «невидимого» ракетного шлейфа, он увидит удивительные картины — внезапное появление темного или (в зависимости от положения Солнца) огненного шара, превращение шара в эллипс-тарелку и даже «бесследное исчезновение». Это — техногенные иллюзии, которые постепенно становятся понятными. Но есть и абсолютно неясные пока загадки природы, для которых техногенные аналоги загадочны вдвойне. Назову одну из них — мираж. Естественные миражи обычно бывают вертикальными, располагаясь над и под объектом (верхний или нижний мираж). Такие миражи хорошо изучены — они возникают из-за разницы температур соседних слоев воздуха, лежащих параллельно земной поверхности.

Рис. 8. Знаменитый в свое время латеральный (боковой) мираж, наблюдавшийся в 1869 году капитаном Колдвеем, посетившим берега Гренландии с экспедицией на корабле «Германия»
Однако тепловые градиенты, возможно, не являются единственной причиной естественных миражей. Действительно, внимательные исследователи неоднократно наблюдали в Арктике сложный тип миража, когда одновременно с верхним возникали и боковые (латеральные) изображения. На рисунке 8 изображен единственный корабль у берегов Гренландии, давший две последовательности отражений — верхнюю и боковую. Поскольку трудно представить себе одновременное существование двух естественно возникших слоев воздуха разной температуры, которые пересеклись бы под углом ровно в 90 градусов, латеральный мираж на рисунке должен иметь в своей основе какие-то нетепловые причины появления оптической неоднородности атмосферы (возможно, электромагнитные?). Однако автор не смог найти в литературе не только обсуждения возможных механизмов феномена, но даже упоминания самой этой загадки.

Зрительные иллюзии 
На озере в Мьянме (Бирма) раз в году происходит оптическое явление, когда лучи солнца падают под определенным углом, они формирую необычную картину - мать и сын молятся к Господу Богу. Если вы не видите оптическое явление, поверните голову налево, и вы четко увидите мать и сына.

Зеленый луч - редкое явление, наблюдаемое за счет рефракции (преломлении) солнечных лучей в земной атмосфере
Тень горы, наблюдаемая на фоне вечерних облаков. Иногда, подобные глории называют Брокенским призраком. Впервые подобное явление, описано на горе Брокен, в Средней Германии.

В предгорье Урала часто можно наблюдать линзовые облака
Схема образования световых явлений в атмосфере вроде Гало или Ложных солнц
http://xreferat.ru/102/404-1-svetovye-yavleniya-v-atmosfere.html


.



Бро́кенский призрак (нем. Brockengespenst), также называемый горным призраком — это увеличенная тень наблюдателя на поверхности облаков (тумана) в направлении, противоположном Солнцу. Тень иногда окружают цветные кольца (так называемая глория). [1]
Явление можно наблюдать в условиях горного тумана или облачности, или даже из самолёта. Но известность оно приобрело благодаря пику Брокенв горах Гарц в Германии, где постоянные туманы и доступность малых высот позволяют наблюдать его особенно часто. Это способствовало возникновению местной легенды, по которой и дали явлению название. Брокенский призрак наблюдался и был описан Иоганном Зильбершлагом в 1780 году и с тех пор не раз описывался в литературе о горах Гарц. Это явление можно увидеть в любом горном регионе, таком, как Национальный парк Халикала на острове Мауи на Гаваях или в валлийских горах





Глория. Когда свет подвергается эффекту обратного рассеивания (дифракция света, ранее уже отраженного в водяных кристаллах облака), он возвращается от облака в том же направлении, по которому падал, и образует эффект, получивший название "Глория". Наблюдать этот эффект можно только на облаках, которые находятся прямо перед зрителем или ниже его, в точке, которая находится на противоположной стороне к источнику света. Таким образом, увидеть Глорию можно только с горы или из самолета, причем источники света (Солнце или Луна) должны находиться прямо за спиной наблюдателя. Радужные круги Глории в Китае еще называют Светом Будды. На этой фотографии прекрасный радужный ореол окружает тень воздушного шара, упавшую на находящееся ниже него облако.


Огненный вихрь также известен как огненный дьявол или огненный торнадо. Это редкий феномен, при котором огонь в определенных условиях, зависящих от температуры и потоков воздуха, приобретает вертикальную завихренность. Огненные вихри часто появляются, когда горят кусты. Вертикально вращающиеся столбы могут достигать от 10 до 65 метров в высоту, но только последние несколько минут своего существования. А при определенном ветре могут быть еще выше .
Ледяные круги, образующиеся на поверхности воды при очень низких температурах.


 Редчайший феномен, который появляется в условиях сильного холода, обычно в странах, близких к полярному кругу. Подобные образования появляются, когда вода начинает замерзать не с краев, от берега, а непосредственно с центра водоема под воздействием потока холодного воздуха. Движение воды вращает образовавшийся ледяной островок, постепенно на него намерзает все более толстый слой льда... Диаметр такого диска может составлять сотни метров, иногда они даже формируют «гроздья». 


Значение символики