Новый физический фейерверк - Джирл Уокер

Обычно конденсационный след, то есть след из конденсированного водяного пара за летящим самолетом, белый. Почему иногда он бывает разноцветным? Как может окрашенная часть конденсационного следа двигаться прямо позади самолета, притом что капли, из которых состоит конденсационный след, двигаются не так быстро?

ОТВЕТ • Когда образуются капли воды, растущие за счет поглощения воды из воздуха, в процессе роста они достигают определенного размера, при котором в результате дифракции (одного из типов рассеяния) на них происходит разложение солнечного света на цвета. Разложения на цвета не происходит, когда капли становятся слишком большими. Таким образом, на каком-то расстоянии позади самолета может быть такое место, где растущие капли обеспечивают появление разноцветного конденсационного следа. Ближе к самолету капли слишком маленькие, дальше от самолета — слишком большие.

Полярные стратосферные облака, их еще называют перламутровые облака, красиво окрашены в нежные цвета. Это редкое явление можно увидеть только в высоких широтах и только в сумеречные часы после захода солнца или перед рассветом. Время появления этих облаков указывает на то, что они формируются на большой высоте, где солнце все еще освещает их, тогда как снизу на земле уже темно. Обычно более низкие облака бывают цветными только по краям или оказавшись напротив солнца или луны. Но перламутровые облака светятся разными цветами, даже находясь на расстоянии 40° от солнца.

Почему перламутровые облака разноцветные? Если разложение на цвета происходит на каплях жидкой воды, то как капли могут существовать, когда на высоте этих облаков очень холодно (примерно –80°C)?

ОТВЕТ • Цвет перламутровых облаков объясняется рассеянием солнечного света крошечными капельками воды и сернокислотного аэрозоля в облаках. Крошечные капельки воды остаются жидкими вплоть до температуры –40°C. Но в присутствии триоксида серы они могут оставаться жидкими до более низких температур, которые бывают на высоте от 18 до 22 км, где формируются перламутровые облака. В перламутровом облаке капелька, постоянно поглощая воду, растет. Рано или поздно она замерзнет и перестанет разлагать солнечный свет на цвета. Считается, что такие замерзшие капли формируют белый хвост, отходящий от перламутрового облака.

Почему иногда через 15–40 минут после заката солнца, когда все краски вечернего неба уже угасли, на короткое время на западе, над тем местом, куда село солнце, появляется сумеречный фиолетовый свет? Тот же механизм лежит в основе еще одного красно-фиолетового свечения, которое можно увидеть еще позже, даже через два часа после заката. Как может солнце освещать небо на западе, когда прошло уже столько времени после его захода?

ОТВЕТ • Сумеречный фиолетовый свет представляет собой комбинацию красного света, рассеянного в нижних слоях атмосферы, и синего света, рассеянного в верхних слоях атмосферы. Красная составляющая — это солнечный свет, огибающий искривленную поверхность Земли и рассеивающийся в плотных нижних слоях воздуха. Почти вся его синяя составляющая теряется из-за рассеяния на молекулах воздуха, и когда такой свет наконец рассеивается в направлении наблюдателя, он преимущественно красный. Синяя составляющая — это солнечный свет, проделавший долгий путь в верхних слоях атмосферы, в том числе в озоновом слое. На этом пути красная составляющая солнечного света почти полностью поглощается молекулами озона, и когда такой свет рассеивается в направлении наблюдателя, в нем доминирует синий свет. Таким образом, когда вы смотрите на небо над тем местом, где зашло солнце, комбинация красного и синего света воспринимается как фиолетовый цвет. В некоторых местах после захода солнца такой свет освещает вершины гор. Это называют отблеском солнца на вершинах гор, а метеорологи используют термин свечение Альп.

Второе, более позднее фиолетовое свечение в сумерках появляется редко. Его природа до сих пор не понятна. Возможно, оно объясняется рассеянием света на все еще освещаемых солнцем частицах в верхних слоях атмосферы. Такой разреженный слой частиц, образовавшихся из обломков комет и астероидов, захваченных Землей, имеется на высоте около 85 км.

Несколько раз появлялись сообщения о наблюдении на облаках чередующихся темных и светлых полосок. В некоторых случаях такая рябь выглядела случайной, а иногда напоминала волны. Во время Второй мировой войны, ведя бои в районе Западного вала[82], американские военные замечали темные тени, плывущие поверх белых перистых облаков. Эти тени напоминали арки с центром в расположении немцев.

С чем могли быть связаны эти явления?

ОТВЕТ • Пока непонятно, как объяснить появление ряби. Считается, что она связана со звуковыми волнами, проходящими через кристаллики льда в облаках. Поскольку звука американские военные не слышали, вероятно, его источник находился далеко. Это могли быть удары тяжелой артиллерии или массированная бомбардировка за линией обороны противника. Звуковая волна ненадолго переориентирует кристаллики, изменяя яркость отраженного от них света. Согласно другой теории, звуковая волна очень быстро меняет степень конденсации в облаке, изменяя тем самым яркость облака вдоль движущегося возмущения.

Если при ярком солнце посмотреть на идущий вдалеке дождь, можно заметить горизонтальную линию, отделяющую более высокую и яркую область от более низкой и темной. С чем связано появление такой линии?

ОТВЕТ • Обычно температура воздуха уменьшается с высотой, а горизонтальная линия отмечает высоту, на которой падающие кристаллики льда начинают плавиться и превращаются в дождевые капли. Поскольку кристаллики отражают больше света, чем капли воды, область над линией выглядит ярче, чем под ней.

Если место, где вы живете, не освещает ночью рассеянный посторонний свет, вы можете заметить, что ночи бывают необычайно ясными, даже когда на небе нет луны. Иногда такие ночи связывают со звездопадом — метеорными потоками[83], полагая, что падающие осколки комет и астероидов освещают небо. Но сгорание метеора в небе происходит слишком быстро и не может служить дополнительным источником света. Есть ли еще какие-то причины, по которым безлунные ночи могут быть такими светлыми?