Как возникает гало и почему вокруг солнца или луны иногда появляется светящееся кольцо

Зимнее утро, ясное небо — и вдруг вокруг солнца проступает бледное радужное кольцо, а по бокам вспыхивают два ярких пятна, похожих на его двойников. Это не оптическая иллюзия и не блик в глазах — это гало, одно из самых частых атмосферных явлений, которое большинство людей просто не замечает.

Гало видят реже, чем радугу, — не потому что оно реже случается, а потому что для этого нужно посмотреть в сторону солнца. Радуга появляется напротив, и взгляд падает на неё автоматически. Гало — вокруг источника света, и смотреть туда непривычно. Между тем в средних широтах кольцо вокруг солнца можно увидеть в среднем 130–150 дней в году — чуть ли не через день. Просто мы не поднимаем голову.

Одно слово объясняет всё

Радуга рождается в каплях воды — и появляется после дождя. Гало рождается в кристаллах льда — и появляется при ясном или полуясном небе, когда в верхних слоях атмосферы висят перистые облака.

Перистые облака состоят не из капель, а из мельчайших ледяных кристаллов на высоте 5–10 километров, где температура —−20…−40 °C.

Кристаллы — шестигранные призмы: то в форме тонких пластинок (похожих на плоские шайбы), то в форме длинных столбиков (как карандаш с шестью гранями).

Свет, проходя через грани этих призм, преломляется — и отклоняется под строго определённым углом.

Почему кольцо — именно 22 градуса

Самая частая форма гало — светящееся кольцо вокруг солнца с угловым радиусом 22°. Это не случайная цифра, а следствие геометрии шестигранной призмы.

Когда луч света входит в одну грань кристалла и выходит через соседнюю (угол между ними — 60°), минимальный угол отклонения луча составляет ровно 21,8° ≈ 22°. При меньшем угле свет просто не может выйти из кристалла — происходит полное внутреннее отражение.

Поэтому свет концентрируется именно на 22° от солнца: ближе — «запретная зона» (внутри кольца небо чуть темнее), дальше — свет рассеивается и слабеет.

Красная часть спектра отклоняется меньше, синяя — больше. Поэтому внутренний край кольца красноватый, а внешний уходит в белёсый размытый свет. Цвета бледнее, чем у радуги, — но при хорошем освещении отчётливо видны.

Форма кристалла определяет форму гало

Вот где начинается самое интересное. Разные типы кристаллов, по-разному ориентированные в воздухе, создают разные оптические эффекты — и учёные насчитывают более ста разновидностей гало. На практике чаще всего встречаются пять-шесть.

22-градусное кольцо

Самая частая форма — бледный радужный круг. Возникает при хаотической ориентации кристаллов: свет проходит через произвольно повёрнутые призмы и рассеивается равномерно по кольцу.

Паргелии — «ложные солнца»

Два ярких пятна на уровне солнца, точно справа и слева от него, на расстоянии 22°. Возникают, когда плоские пластинчатые кристаллы падают горизонтально — как монетки, планирующие в воздухе. Свет проходит через их боковые грани и концентрируется в двух точках.

Паргелии бывают настолько яркими, что кажется, будто на небе три солнца одновременно — в старину это считалось дурным предзнаменованием.

Световые столбы

Вертикальная полоса света, уходящая вверх (и иногда вниз) от солнца. Возникает не от преломления, а от отражения: горизонтально ориентированные пластинчатые кристаллы работают как крошечные зеркала, отражая солнечный свет. Столбы особенно эффектны на закате — золотистый или красный луч уходит в зенит.

Околозенитная дуга

Яркий радужный «смайлик» высоко над головой, выпуклостью от солнца. Цвета — самые насыщенные из всех видов гало, иногда ярче, чем у радуги. Возникает при прохождении света через горизонтальные грани пластинчатых кристаллов. Видна только когда солнце стоит невысоко — ниже 32° над горизонтом.

46-градусное кольцо

Второй, более крупный круг вокруг солнца — вдвое шире 22-градусного. Встречается гораздо реже: свет должен пройти через верхнюю и боковую грани кристалла, а вероятность такого пути ниже. Увидеть оба кольца одновременно — большая удача.

Когда и где шансы выше всего

Главное условие — перистые облака при солнце. Тонкая пелена перистых облаков, через которую просвечивает солнце, — идеальная ситуация для 22-градусного кольца. Если облака слишком плотные — солнце не пробивается; если слишком редкие — кристаллов мало для яркого эффекта.

Зима — лучший сезон: перистые облака есть круглый год, но зимой к ним добавляется «алмазная пыль» — мельчайшие ледяные кристаллы, которые висят прямо у поверхности в морозном воздухе. Они дают самые яркие и контрастные гало.

В Сибири, на Урале, в Арктике алмазная пыль — обычное явление при морозах ниже −15…−20 °C.

Весна и осень — периоды активного перемещения воздушных масс: перистые облака появляются чаще, и наблюдатели за гало ловят в эти месяцы самое разнообразное сияние.

Гало как предсказатель погоды

Появление 22-градусного кольца — один из старейших народных признаков перемены погоды, и наука с ним согласна. Перистые облака, в которых возникает гало, часто предшествуют тёплому атмосферному фронту. Схема выглядит так: сначала появляется тонкая перистая пелена (гало), через 12–24 часа облачность уплотняется, ещё через 6–12 часов — приходят осадки.

Народная примета «кольцо вокруг солнца — к дождю» или «кольцо вокруг луны — к непогоде» срабатывает, по разным оценкам, в 50–70% случаев. Не стопроцентная гарантия, но заметно лучше, чем случайность. Если видите гало и одновременно замечаете, что перистые облака уплотняются, — прогноз на ближайшие сутки стоит проверить.

Лунное гало

Всё то же самое работает и ночью — вокруг яркой луны (обычно полной или близкой к полной). Принцип тот же: свет преломляется в кристаллах перистых облаков. Но лунный свет слабее солнечного, поэтому цвета практически неразличимы — кольцо выглядит белёсым или слегка серебристым. Зато оно заметнее: ночью любой контраст на небе бросается в глаза.

Лунное гало проще всего увидеть зимой в полнолуние, когда небо ясное, а перистая облачность тонкая. Народная примета та же: кольцо вокруг луны — к перемене погоды.

Почему гало встречается чаще, чем кажется

Исследователи атмосферной оптики утверждают, что 22-градусное гало можно наблюдать почти через день в средних широтах — до 150 дней в году. Проблема — в привычке: мы не смотрим в сторону солнца, а если и смотрим — не замечаем бледное кольцо на ярком фоне.

Простой способ увидеть: встаньте так, чтобы солнце было закрыто краем здания, козырьком или ладонью, — и посмотрите на небо вокруг. Если перистые облака есть — шанс заметить кольцо или хотя бы его фрагмент очень высок.

Как отличить гало от радуги за три секунды

Если свечение — вокруг солнца (смотрите в его сторону): это гало. Если свечение — напротив солнца (солнце за спиной): это радуга. Если красный край обращён к солнцу: гало. Если красный край снаружи: радуга.

Оба явления безопасны для глаз сами по себе, но смотреть прямо на солнце ради фотографии гало — плохая идея в любое время года. Лучше прикрыть солнечный диск рукой или краем здания и снимать кольцо вокруг — так и кадр получится лучше, и зрение останется при вас.