16
Зеленый луч
Канддат физико-mатематических наук
Л. В. ТАРАСОВ
Иногда при захode солнца можно наблюдать удивительное явление — так называемый зеленый луч. Когда почти весь солнечный диск скрылся за горизонтом, на несколько секунд вдруг вспыхивает яркий зеленый свет. Краешек солнца вместе желто-красного неожиданного превращается в яркое зеленый, во все стороны от него искодят зеленые лучи. Секунд, другая, третья …, и красочное зреление внезапно исчезает. Зеленый луч веротнее всего увидеть в такой вечер, когда солнце вплоть до самого заката ярко светит и почти не изменяет своего цвета, оставясь желтым или, в крайнем случае, желтовато-ораженным. Советский астроном Г. А. Тихов много лет изучал это удивительное явление. Вот что он пишет:
«Если солнце при закате красного цвета и на него легко смотреть, то можно сувенирностью утверждать — зеленого луча не будет. Напротив, если солнце не очень изменило свой бело-желтый цвет и садится ярким, то можно предполагать, что зеленый луч появится. Важно, чтобы горизонт имел отсутствую линию, без всяких неровностей: близкого леса, строений и т. п. Эти условия легче всего достичь на море, вот почему зеленый луч хорошо известен лодям моря».
Физика зеленого луча основывается на трех эффектах: 1) эффективиескрывления световых лучей в оптически неоднородной среде (в данном случае в земной атмосфере), 2) зависимость степенискрывления лучей от длины волны, 3) расселяния света в атмосфере (точнее, на ослаблении эффективия света в достаточно чистой и способной атмосфере). Учитем эти эффекты поочередно — сначала первый, а затем последующие.
Известно, что, проходя в атмосфере, световой луч искривляется, причем так, чтобы его траектория всегда была обращена выпуклостью в сторону менее плотных области воздуха. По этой причине мы видим заходящий солнечный диск немного сплюснутым по вертикали; его вертикальный поперечник виден под углом 26′, что на 6′ меньше углового размера горизонтального поперечника. В этом «повинно» уменшение плотности атмосферного воздуха с высотой, приводяще к соответствующему искривлению лучей (так называемое явление рефракции света в атмосфере). Когда мы, любующь на морском берегу солнечный диском, видим, как нижний край светила коснула линей горизонтала, мы обычно не сознаем, что в действительности в данной момент этот край светила находится на 2°35′ ниже линей горизонтала (а значит, и весь солнечный диск находится глубоко. за горизонтом). Величина 2°35′
17
складывается из двух слагаемых: 2° обьясняются тем, что свет от Солнца до Земли идет чуть больше восем叨нут; а вот 35′ связываны с рефракцией света в атмосфере. Заметим, что из-за рефракции верхний край солнечного диска «приподнимается» слабее — не на 35′, а только на 29′ (рефракция уменшается по мере увеличения высоты объекта над горизонтом). Именно поэтому заходящие солнец и каждая наблюдаемого слегка сплюснутым. Сказанное появляется рисунок 1, где А — наблюдаатель, АБ — линяя горизонтта. (В связи с этим советуем вам прочитать статью А. А. Михайлова «Когда день равен ночи», опубликованную в «Кванте» № 6 за 1980 год.) Рефракцией света в атмосфере обьясняются также миражки (см. статью Г. И. Гринёвой и Г. В. Розенберга «Дела. и продолжки фей Морганы» в «Кванте» № 8 за 1984 год).
Далее учетом, что чем меньше длина волны света, тем сильнее он преломляется. Именно на этом основано спектральное разложение света в признаках. Указанный эффект приводит к тому, что сине-зеленые лучи претерпеют в атмосфере более сильную рефракцию, чем красные лучи. Пусть для простоты вспекте солнечного света имеются всего два цвета — зеленьий и красный; «белый» солнечный диск можно рассматривать в данном случае в виде наложенных друг на друга зеленого и красного дисков. Рефракция света в атмосфере приподнимает над горизонтом зеленьий диск в большей степени, чем красный.
В результате наблюдаются должен был бы видеть заходящие солнеце таким, каким оно показано в правом верхнем углу на рисунке 2. Верхний край диска был бы зеленьим, а нижний красным; в центральной же части диска наблюдаются быщие цветов (наблюдался бы «белый» цвет).
Описанная картина верна лишь при условии, что атмосфера не рассеивает света. В действительности, однако, она его рассеивает. Это приводит к тому, что из светового пучка, идущего от солнца, наиболее эффективно выбывают лучи с более короткой длиной волны (закон рассеяния был установлен Рэлеем: интенсивность рассеяного света обратно пропорциональна четвертой степени длины световой волны). Поэтому каемки наверху диска мы не видим, а весь солнечный диск будет выглядеть не «белым», а красноватым.
Но вот представим себе, что почти весь солнечный диск скрылся за горизонтом, так что остался лишь самый верхний его краешек. И пусть этом стоит ясная и тихая погода, воздух чист, так что рассеяние света в атмосфере относительно невелико. Вот в этом случае мы и можем видеть яркозеленый край солнеца вместе с российю зеленьих лучей.