Гало — это оптическое явление природы

Первые наблюдения солнечных пятен.

Иногда на Солнце даже невооруженным глазом сквозь закопченное стекло можно заметить черные точечки – пятна. Это наиболее заметные образования во внешних, непосредственно наблюдаемых слоях солнечной атмосферы. Сообщения о солнечных пятнах, иногда наблюдавшихся сквозь туман или дымы пожарищ, встречаются в старинных хрониках и летописях. Например, наиболее ранние упоминания о «местах черных» на Солнце в Никоновской летописи относятся к 1365 и 1371. Первые телескопические наблюдения в самом начале 17 в. были почти одновременно независимо друг от друга выполнены Галилео Галилеем в Италии, Иоганом Холдсмитом в Голландии, Христофором Шейнером в Германии и Томасом Харриотом в Англии. При очень хороших атмосферных условиях на фотографиях Солнца можно иногда увидеть не только тонкую структуру солнечных пятен, но и светлые ажурные площадки вокруг них – факелы, лучше всего заметные на краю солнечного диска. При этом видно, что в отличие от идеального излучателя (например, белого гипсового шарика, равномерно освещенного со всех сторон), диск Солнца на краю кажется темнее. Это означает, что у Солнца нет твердой поверхности с яркостью, одинаковой по всем направлениям. Причина потемнения диска Солнца к краю в газовой природе внешних, охлаждающихся его слоев, в которых температура, как и в более глубоких слоях, продолжает уменьшаться наружу. На краю диска Солнца луч зрения пересекает более высокие и холодные слои его атмосферы, излучающие существенно меньше энергии.

Солнечный столб

Основная статья: Солнечный столб

Схема образования световых столбов при отражении света от горизонтальных поверхностей ледяных кристалликов в воздухе

Световой, или солнечный, столб — один из наиболее часто наблюдающихся видов гало, вертикальная полоса света, тянущаяся от Солнца во время заката или восхода (либо от наземного источника света, например фонаря, ночью). Явление вызывается шестиугольными плоскими либо столбовидными ледяными кристаллами, ориентированными в воздухе более или менее упорядоченно. Плоские кристаллики могут вызывать солнечные столбы, если Солнце находится не выше 6° над горизонтом, а столбовидные — даже при 20°. Вид светового столба (в частности, ширина) зависит от степени упорядоченности ориентации кристаллов, поэтому одним из условий наблюдения является штиль или слабый ветер — при сильном ветре турбулентность нарушает преимущественно горизонтальное расположение кристалликов.

Что это такое

Есть несколько значений слова глория. К примеру, понятие “утренняя глория” используется в метеорологии. Данное природное явление представляет собой вид облаков, которые еще называют облаками-убийцами. Внешне они напоминают воротник, который может достигать нескольких километров в длину.

Образование происходит за счет того, что впереди воздух поднимается вверх и закручивает облако, а в середине и конце воздух опускается вниз.

Такое же понятие есть в оптике, где глория – это оптическое явление, представляющее собой цветные круги вокруг тени определенного объекта. Наблюдать явление можно в облаках, сам наблюдатель тоже должен находиться высоко над землей. Цветные круги появляются на облаках, расположенных напротив источника света. Роль источника света играют Солнце или Луна

Важное условие – источник должен находиться за спиной у наблюдающего, т.е. все должно быть расположено на одной прямой – источник света, наблюдающий и облака, на которые попадает тень объекта

Только так вокруг теней от некоторых объектов можно увидеть цветные круги. По цветовой гамме они напоминают радугу.

Примерная цветовая гамма – внутри находится голубое кольцо, в середине желтое, снаружи красное, затем цвета снова повторяются, но уже менее заметно. Угловой размер маленький, гораздо меньше, чем у радуги – примерно 10-20⁰.

Протуберанцы и волокна.

Наибольших размеров могут достигать активные образования в солнечной короне – протуберанцы. Это облака хромосферного вещества в короне, поддерживаемые магнитными полями. Они обладают волокнистой и клочковатой структурой и состоят из движущихся нитей и сгустков плазмы, отличаясь исключительным многообразием форм: иногда это как бы спокойные стога сена, иногда – закрученные воронки, напоминающие грибы лисички, или кустарники, нередко это фигуры самых причудливых форм. Они сильно различаются также и по своим динамическим особенностям, начиная от спокойных долгоживущих образований вплоть до внезапно взрывающихся эруптивных протуберанцев. Наиболее долгоживущие, медленно изменяющиеся спокойные протуберанцы подобны занавесям, почти вертикально висящим на силовых линиях магнитного поля. При наблюдении на диске Солнца такие протуберанцы проецируются в длинные узкие волокна, которые на изображениях Солнца в красной спектральной линии водорода выглядят темными. Это объясняется тем, что вещество протуберанцев поглощает фотосферное излучение только снизу, а рассеивает его по всем направлениям.

Как будет происходить лечение

Способы и препараты для лечения будут назначаться в зависимости от причин, вызвавших «радужный» дефект зрения:

1. Конъюнктивит инфекционной этиологии устраняется специальными растворами – каплями и мазями – наружного применения, воздействующими на патоген, вызвавший воспаление. При аллергическом характере состояния показаны антигистаминные препараты внутрь и закапывание глаз специальными аптечными растворами. По мере улучшения состояния гало-эффект будет исчезать.
2. Последствия лазерного восстановления зрения в виде радужных ореолов устраняются путём повторного оперативного вмешательства, если гало не проходит самостоятельно в течение трёх месяцев.
3. Симптомы глаукомы как одной из причин появления светового ореола уменьшаются после консервативного или хирургического лечения, которое подбирается в зависимости от степени её тяжести. С улучшением состояния гало станет беспокоить реже.
4. Катаракта тяжёлой степени устраняется только путем коррекции или замены хрусталика. В подавляющем большинстве случаев зрение успешно восстанавливается, а значит, уходят признаки патологии, в числе которых и гало.
5. Что касается болезней неофтальмологического характера, для устранения эффекта светящегося нимба следует сделать упор на лечение основной патологии.

Гало-эффект в природе – мифически-завораживающее зрелище, но в офтальмологии это патологическое состояние, порождающее серьёзный дискомфорт. Чтобы избавиться от дефекта быстро и навсегда, необходимо в максимально короткие сроки записаться на приём к офтальмологу, пройти диагностику, а в дальнейшем с точностью выполнять все врачебные назначения.

Солнечные вспышки.

В хорошо развитой активной области иногда внезапно происходит взрыв небольшого объема солнечной плазмы. Это наиболее мощное проявление солнечной активности называется солнечной вспышкой.

Оно возникает в области изменения полярности магнитного поля, где в малой области пространства «сталкиваются» сильные противоположно направленные магнитные поля, в результате чего существенно меняется их структура. Обычно солнечная вспышка характеризуется быстрым ростом (до десятка минут) и медленным спадом (20–100 мин.). Во время вспышки возрастает излучение практически во всех диапазонах электромагнитного спектра. В видимой области спектра это увеличение сравнительно невелико: у самых мощных вспышек, наблюдаемых даже в белом свете на фоне яркой фотосферы, оно составляет не более полутора – двух раз. Зато в далекой ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра и, особенно, в радиодиапазоне на метровых волнах это увеличение очень велико. Иногда наблюдаются всплески гамма лучей. Примерно половина общей энергии вспышки уносится мощными выбросами плазменного вещества, которое проходит через солнечную корону и достигает орбиты Земли в виде корпускулярных потоков, взаимодействующих с земной магнитосферой, что иногда приводит к появлению полярных сияний.

Как правило, вспышки сопровождаются выбросом высокоэнергичных заряженных частиц. Если во время вспышки удается зарегистрировать протоны, то такая вспышка называется «протонной». Потоки энергичных частиц от протонных вспышек представляют серьезную опасность для здоровья и жизни космонавтов в космическом пространстве. Они могут вызывать сбои в работе бортовых компьютеров и других приборов, а также их деградацию. Самые мощные вспышки видны даже в «белом свете» на фоне яркой фотосферы, но такие события весьма редки. Впервые такую вспышку 1 сентября 1859 независимо наблюдали в Англии Кэррингтон и Ходжсон. Наблюдать солнечные вспышки легче всего в красной линии водорода, излучаемой хромосферой. В радио диапазоне усиление радио яркости в активных областях бывает настолько велико, что полный поток энергии радиоволн, идущих от всего Солнца, возрастает в десятки и даже многие тысячи раз. Эти явления называются всплесками радиоизлучения Солнца. Всплески проявляются на всех длинах волн – от миллиметровых до километровых. Они создаются распространяющимися в солнечной короне ударными волнами, порожденными вспышкой. Их сопровождают потоки ускоренных протонов и электронов, вызывающих нагрев плазмы в хромосфере и короне до температур в десятки миллионов кельвинов. Считается, что наиболее вероятным источником энергии, выделяющейся во время солнечной вспышки, является магнитное поле. При усилении напряженности магнитного поля в некоторой области хромосферы или короны происходит накопление большого количества магнитной энергии. При этом могут возникать неустойчивые состояния, приводящие к почти мгновенному взрывному процессу выделения энергии, соизмеримой с энергией миллиардов ядерных взрывов. Все явление длится от нескольких минут до нескольких десятков минут, за которые выделяется до 1025–1026 Дж (1031–32эрг) в виде энергичного выброса плазмы и потока солнечных космических лучей, а также электромагнитного излучения всех диапазонов – от рентгеновского и гамма-излучения до метровых радиоволн. Жесткое ультрафиолетовое и рентгеновское излучения от вспышек изменяют состояние земной атмосферы, вызывая магнитные возмущения, которые оказывают существенное воздействие на всю атмосферу Земли, обуславливая многие геофизические, биологические и другие явления.

История

В переводе с греческого «гало» означает «круг» или «диск»

Этому необычному оптическому феномену всегда уделяли большое внимание. В древности появление в небе нескольких копий Солнца, ярких дуг или световых крестов вызывало неподдельный страх

Люди считали эффект гало предвестником разрушительных войн, голода, больших бед и неприятностей.

В июле 1794 года жители Петербурга стали свидетелями странного небесного представления. Известный астроном Т. Ловиц описал это явление как одновременное появление в небе двенадцати дуг и кругов, девять из которых были разноцветными.

Во время осаждения Магдебурга войсками короля Испании Карла V произошло настоящее чудо: над городом вдруг засияло сразу три Солнца. Приняв это как предупреждающий знак, испуганный правитель отказался от решающей атаки и снял осаду.

После поражения Наполеона французы увидели появление яркого пятна над Солнцем. По форме оно напоминало треугольную шляпу, которую носил император. Подданные связали поданный небесами знак с возвращением Наполеона из ссылки с острова Святой Елены.

Французский ученый К. Фламмарион подробно изучил хронику появлений гало и пришел к выводу, что данное явление напрямую связано с каким-либо важным событием.

О предзнаменованиях, связанных с появлением непонятных свечений, рассказали в своих произведениях Шекспир и Джек Лондон.

Солнечные пятна

Основная статья: Солнечные пятна

График, демонстрирующий показатели солнечной активности, включая число пятен и космогенное образование изотопов

Восстановленная солнечная активность за последние 11 400 лет. Период высокой активности («Солнечный оптимум») примерно 8 000 лет назад также отмечен

Солнечная активность, отражённая в радиоизотопном маркере углерода

Солнечные пятна — это области на поверхности Солнца, которые темнее окружающей их фотосферы, так как в них сильное магнитное поле подавляет конвекцию плазмы и снижает её температуру примерно на 2000 градусов. Связь общей светимости Солнца с количеством пятен является предметом споров, начиная с первых наблюдений за числом и площадью солнечных пятен в XVII веке. Сейчас известно, что взаимосвязь существует — пятна, как правило, менее чем на 0,3 % уменьшают светимость Солнца и вместе с тем увеличивают светимость менее чем на 0,05 % путём образования факул и яркой сетки, связанной с магнитным полем. Влияние на солнечную светимость магнитно-активных областей не было подтверждено вплоть до первых наблюдений с ИСЗ в 1980-х годах. Орбитальные обсерватории «Нимбус 7», запущенная 25 октября 1978 года, и «Солнечный максимум», запущенная 14 февраля 1980 года, определили, что благодаря ярким областям вокруг пятен, общий эффект заключается в увеличении яркости Солнца вместе с увеличением числа пятен. Согласно данным, полученным с солнечной обсерватории «SOHO», изменение СА соответствует также незначительному, ~0.001 %, изменению диаметра Солнца.

Количество солнечных пятен характеризуется с помощью числа Вольфа, которое известно также как цюрихское число. Этот индекс использует комбинированное число пятен и число групп пятен, а также учитывает различия в наблюдательных приборах. Используя статистику числа солнечных пятен, наблюдения за которыми осуществлялось в течение сотен лет, и наблюдаемые взаимосвязи в последние десятилетия, производятся оценки светимости Солнца за весь исторический период. Также, наземные инструменты калибруются на основании сравнения с наблюдениями на высотных и космических обсерваториях, что позволяет уточнить старые данные. Другие достоверные данные, такие как наличие и количество радиоизотопов, происхождение которых обусловлено космическим излучением (космогенных), используются для определения магнитной активности и — с большой вероятностью — для определения солнечной активности.

С использованием данных методик в 2003 году было установлено, что в течение последних пяти 11-летних циклов количество пятен на Солнце должно было быть максимальным за последние 1150 лет. Числа Вольфа за последние 11 400 лет определяются путём использования дендрохронологического датирования концентраций радиоуглерода. Согласно этим исследованиям, уровень СА в течение последних 70-ти лет является исключительным — последний период со схожим уровнем имел место 8 000 лет назад. Солнце имело схожий уровень активности магнитного поля всего ~10 % времени из последних 11 400 лет, причём практически все предыдущие периоды были более короткими по сравнению с современным.

Исторический список Больших Минимумов СА: 690 AD, 360 BC, 770 BC, 1390 BC, 2860 BC, 3340 BC, 3500 BC, 3630 BC, 3940 BC, 4230 BC, 4330 BC, 5260 BC, 5460 BC, 5620 BC, 5710 BC, 5990 BC, 6220 BC, 6400 BC, 7040 BC, 7310 BC, 7520 BC, 8220 BC, 9170 BC.

Физика явления

Гало обычно появляется вокруг Солнца или Луны, иногда вокруг других мощных источников света, таких как уличные огни. Существует множество типов гало и вызваны они преимущественно ледяными кристаллами в перистых облаках в верхних слоях тропосферы на высоте 5—10 км.

Вид гало зависит от формы и расположения кристаллов. Отражённый и преломлённый ледяными кристаллами свет нередко разлагается в спектр, что делает гало похожим на радугу. Наиболее яркими и полноцветными бывают паргелии и зенитная дуга, менее яркими — касательные малого и большого гало.

В тусклом лунном гало глаз не различает цветов, что связано с особенностями сумеречного зрения.

Иногда, в морозную погоду, возможно появление гало, образуемое кристаллами льда, взвешенными в атмосфере близко к земной поверхности. В этом случае гало напоминают сияющие драгоценные камни (так называемая «алмазная пыль»), а нижняя часть гало может быть видна на фоне окружающего пейзажа, если Солнце находится достаточно низко над горизонтом.

22-градусный круг

Наиболее часто видимое гало. В малом 22-градусном гало различима только часть цветов спектра (от красного до жёлтого), остальная часть выглядит белой из-за многократного смешения преломленных лучей. Паргелический круг и ряд других дуг гало почти всегда белые. Следует отличать гало от венцов. Последние имеют меньший угловой размер (до 5°) и объясняются дифракционным рассеянием лучей источника света на водяных каплях, образующих облако или туман.

Касательные дуги 22-градусного круга

Дуги окрашенные в радужные цвета, появляются над или под светилом, касаясь 22-градусного круга. При низком положении светила вытягиваются концами кверху. По мере увеличения высоты приближаются к кругу. При 45-градусной высоте концы дуг смыкаются и образуют овал.

46-градусный круг

Интересна особенность большого 46-градусного гало — оно тусклое и малоцветное, в то время как почти совпадающая с ним при малой высоте Солнца над горизонтом верхняя касательная дуга имеет выраженные радужные цвета, с особенно ярким зелёным. Появление этого круга обычно происходит в очень тонком и равномерном слое облаков.

Околозенитная дуга

Почти всегда появляется вместе с 46-градусным кругом, касаясь его верхней части своей выпуклой стороной. Цвета ярко выражены, напоминает собой радугу. Редко бывают касательные нижней части 46-градусного круга, которые располагаются по обеим сторонам светила.

Зенитная дуга

Зенитная дуга в Фюссене

Один из видов гало, который часто называют перевёрнутой радугой. Обычно наблюдается, когда на небе есть перистые облака.

Паргелический круг

Совершенно лишен радужной окраски, имеет чистый белый цвет. Располагается параллельно горизонту и проходит через светило. Иногда вместе с ним наблюдаются и столбы. В таких случаях около светила образуется крест, что часто вызывает суеверные представления о «крестных знамениях».

Редкие формы гало

• Антелий — светлое, довольно размытое белое пятно, расположенное на месте паргелического круга, в противоположной светилу стороне.
• Парантелии — пятна как антелии, появляющиеся в паргелическом круге на расстоянии 120 градусов от светила по обеим от него сторонам.
• Антелические дуги — дуги, обычно белые, проходящие к небу от антелия к светилу, по обеим сторонам от зенита, на некотором расстоянии от него
• Дуга Парри — расположена между верхними концами касательной 22-градусного круга и имеет радужную окраску