Световой столб. Световые столбы в небе - что это такое? Почему свет от фонарей столбом уходит вверх

Природа Земли богата загадками. Ученые до сих пор не в состоянии выяснить суть некоторых природных явлений. В давние времена подобные неразгаданные явления природы воспринимались людьми в качестве наказания за неправедные поступки или божественного знака. Люди относились к ним с трепетом, ждали их, ведь такие знаки были важны.

Прочитав статью, можно будет узнать об одном из таких необычных явлений природы - световом столбе.

Сегодня многие явления природы уже не очень сильно пугают, а некоторые из них даже завораживают. К числу последних и относится описанное в статье явление.

Ниже представлены некоторые самые завораживающие и прекрасные из них:

1. Полярное сияние . Хоть оно нередко происходит в некоторых регионах Земли, все же относится к необычным явлениям. Другое его название - северное сияние. Представляет оно собой голубоватое свечение, появляющееся в небе из-за прохождения заряженных мелких частиц сквозь геомагнитное поле Земли.
2. Миражи. Это немного таинственное явление. Появляются они непонятно откуда, да а исчезают в никуда. Связано это с изменением плотности нагретого воздуха по вертикали. Такой оптический эффект может продемонстрировать любую фигуру, поэтому может и сильно напугать.
3. (подробное описание явления ниже в статье).
4. Огни святого Эльма - это древнейшее явление, впервые замеченное моряками. Иногда на корабельных мачтах и любых других остроконечных предметах возникали светящиеся огни, напоминающие шары. В те времена судно, освещенное подобными огоньками, считалось моряками удачным знаком свыше, это было благословение на успешное плавание. Святой Эльм является покровителем моряков, поэтому и возникло такое название. А происхождение этих светящихся шаров объясняется тем, что на верхушках мачт и прочих заостренных предметах судна образуются точечные разряды, создающие подобное свечение.

Примечательными и необычными природными явлениями можно назвать следующие: облака двояковыпуклые, гало, зеленый луч - оптическое явление, молнии Кататумбо, лунную радугу, пояс Венеры и много другое.

Ниже дано более подробное описание одного из этих чудес природы.

Световые столбы: фото, происхождение

Это один из видов явления гало, представляющий собой оптический эффект (в верхней тропосфере) в виде вертикальной полосы света, тянущейся от Солнца во время восхода или заката. Вызывается оно шестиугольными столбовидными или плоскими ледяными кристалликами с практически горизонтальными плоскими и параллельными поверхностями.

Плоские кристаллы, висящие в воздухе, создают солнечные столбы при расположении солнца на шестиградусной высоте над горизонтом, или же позади него, а столбовидные - когда светило находится над горизонтом на высоте 20 градусов. При падении в воздухе кристаллы занимают горизонтальную позицию, и вид столба зависит от их взаиморасположения.

Возникает этот столб при отражении солнечного света от поверхностей мельчайших кристаллов льда, представляющих собой именно пластинки или шестиугольные стержни. Обычно образуются они в перистых или в перисто-слоистых облаках, расположенных очень высоко (около 8 тысяч метров над уровнем моря). При более низких температурах кристаллы могут возникнуть и в более низких атмосферных слоях.

Световые столбы чаще можно наблюдать в холодный период года.

Разновидности

Бывают случаи, когда столб сопровождается паргелическим кругом, представляющим собой светлую полосу на небе, расположенную на уровне солнца. При более благоприятных условиях он может представлять собой замкнутый круг, который проходит через само светило и так называемые ложные солнца.

Часто столбы образуются вокруг луны, огней городов и прочих ярких световых источников (подробнее ниже в статье). Подобные оптические явления происходят и при наличии ледяных игл, являющихся атмосферным явлением (твёрдыми осадками в виде ледяных мельчайших кристаллов, которые парят в морозную погоду в околоземном пространстве). Последние, в отличие от световых столбов, представляют собой атмосферное явление, отмечающееся метеорологическими станциями.

Искусственное происхождение

Для возникновения подобного феномена источником света могут быть не только небесные светила. Также могут возникнуть столбы от приборов искусственного освещения (это городские и садовые фонари, прожектора и прочее). Обычно столбы, исходящие от расположенных ниже, намного длиннее по сравнению с лунными и солнечными. И чем ближе наблюдатель к столбу, тем меньше сказывается на внешнем виде явления расположение в пространстве кристаллов.

Обычно при минусовой температуре воздуха кристаллы испаряются, не достигнув земной поверхности, а падающие плоские кристаллики ближе к поверхности преобразуются в туман, способный отражать наземные огни. Так образуются колонны, которые очень похожи на световые столбы.

Чаще всего подобные оптические эффекты можно наблюдать на Ниагарском водопаде зимой. Кристаллы, возникающие возле него в тумане, отражают свет от прожекторов и создают хорошо видимый столб.

Особенности столбов

Столбы света имеют следующие особенности:

1. Представляют собой абсолютно вертикальную колонну, которая тянется от луны или солнца к земле. Во время заката или восхода они находятся у самого горизонта.
2. Световой столб обязательно имеет тот же цвет, что и источник, лучи которого породили этот оптический эффект. В некоторых местах можно наблюдать сразу несколько разноцветных явлений подобного рода.
3. Световые столбы в мороз (ниже -20°С) - самое частое явление. В такую погоду эти фигуры принимают наиболее чёткие формы.

Заключение

Нередко световые столбы воспринимаются в качестве проявлений мистического божественного света. Древние легенды о небесных огненных мечах, по всей видимости, возникли благодаря этому необычному природному явлению, когда восходящее или заходящее Солнце озаряет легкие перистые облака, а возникший столб как будто привязывает их к земле.

Световые столбы, созданные Солнцем, нередко принимают за мистические проявления божественного света, а легенды об огненных мечах небесных жителей возникли, скорее всего, благодаря удивительному природному явлению – когда заходящее или восходящее Светило озаряет перистые облака, а солнечный столб как бы привязывает их к земле.

Световые лучи врываются в атмосферу нашей планеты со скоростью, превышающей 300 тыс. км/с. Столкнувшись с воздухом, они нередко образовывают необычные оптические эффекты и иллюзии невероятной красоты, в том числе – и световые столбы, толщина которых равна диаметру Солнца или другого породившего их светового источника.

Сами по себе световые столбы являются довольно-таки распространённым вариантом гало (оптического феномена вокруг источника света) – и у людей, которые впервые видят такое взаимодействие ледяных кристаллов со светом небесных светил, часто возникают сомнения по поводу их природного происхождения, до того сильно они напоминают прожекторные лучи.

Представляют собой световые столбы в небе абсолютно вертикальную сияющую колону с неиссякаемым запасом энергии, которая тянется от Солнца или Луны к Земле или, наоборот – в небо, во время их восхода или захода на небосводе (находиться в это время они обязательно должны возле горизонта). Наблюдатель, в зависимости от своего местоположения, вполне может наблюдать это явление как выше, так и ниже светила.

Ещё одной интересной особенностью светового столба является то, что он обязательно будет того же цвета, что и источник, лучи которого его породили. Например, если Солнце красное – то красным, оранжевое – оранжевым.

Чаще всего это явление можно увидеть зимой при минусовой температуре (ниже -20°С), когда в атмосфере образуется огромное количество ледяных кристалликов, способных отражать световые лучи. Нередки случаи, когда солнечные столбы удавалось увидеть и при более высоких температурных показателях (в зависимости от сопутствующих событию других климатических условий).

Образование

За этим удивительным феноменом мы можем наблюдать благодаря игре света с ледяными кристаллами, которые образуются в верхних слоях атмосферы – обычно в перистых (даже – в перисто-слоистых) облаках, что находятся на расстоянии, превышающем 8 тыс. км над уровнем моря. В холодную пору года кристаллы эти образуются несколько ниже, благодаря чему световые столбы заметить намного легче, к тому же они в этот период принимают более чёткую форму.

Появляется световой столб следующим образом:

1. Свет Солнца (Луны) отбивается от падающих вниз плоских шестиугольных или столбовидных малюсеньких ледяных кристалликов. Падая, шестиугольные кристаллы принимают абсолютно ровное, горизонтальное положение. Столбовидные – наоборот, вниз опускаются стоячими рядами. «Повиснув» в холодной атмосфере, кристаллики исполняют роль призмы, преломляя и отражая луч света.
2. Свет, отражаясь, визуально как бы расширяется и образует плавающую в воздухе линзу, из которой выходит сильный луч – солнечный столб. Наблюдатель увидит это удивительное явление лишь в том случае, если грань, отражающая свет, будет развёрнута к его глазу.
3. Какие именно кристаллы создадут световой столб, будет зависеть от того, где именно в этот момент окажется небесное светило. Если оно будет находиться под углом в шесть градусов над поверхностью Земли, то световые столбы будут образованы плоскими шестиугольными кристаллами, если же Солнце (Луна) окажется под углом в двадцать градусов над уровнем моря – сияющую колонну образуют столбовидные кристаллы.

Световой столб нередко сопровождает паргелический круг в виде светлой полосы, огибающей всё небо на той же высоте, что и небесное светило. Если наблюдателю повезёт, он сможет увидеть не только сияющую колону, но также и замкнутую окружность, проходящую через настоящее Солнце.

Феномен искусственного происхождения

Источником света для возникновения этого феномена могут быть не только небесные светила, но и искусственные приборы (например, прожектора, садовые или городские фонари), расположенные на земной поверхности. Чем ниже находится источник света, тем длиннее окажется луч – именно поэтому искусственные столбы часто оказываются длиннее, чем те, которые образовались с помощью природных светил.

Обычно ледяные кристаллы испаряются, не достигнув земной поверхности, когда на улице минусовая температура, а плоские падающие ледяные кристаллики возле земли преобразовываются в некоторое подобие ледяного тумана, который способен отображать наземные огни, образовывая колонны, чрезвычайно схожие со световыми столбами.

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