Редкие атмосферные явления. Огненный водопад Horsetail Fall. Полосатые айсберги, Антарктида

Эту статью я решил написать после того, как накануне ранним утром наблюдал интересный атмосферный оптический эффект – практически любой источник света отбрасывал в воздух световой столб. Небо было просто заполнено световыми колоннами! Довольно фантастическая, скажу я вам, картина. Вот мне и стало интересно, какие же еще бывают необычные и интересные атмосферные эффекты. Смотрим подборку и делимся в комментариях, кому посчастливилось наблюдать в небе что-то необычное.

Физика атмосферы: гамма-лучи из облаков

Дуайер - астрофизик и профессор Флоридского технологического института в Мельбурне. В последние несколько лет он в основном занимался физикой молнии. Смит является доцентом физики в Калифорнийском университете в Санта-Крус. В дополнение к молнии его исследовательские области включают радиационные пояса Земли и солнечные извержения. Он также изучает рентгеновские и гамма-излучения черных дыр.

Обсерватория Комптонского гамма-излучения должна фактически регистрировать гамма-вспышки отдаленных астрофизических объектов, таких как нейтронные звезды, черные дыры и остатки сверхновой. Это действительно так, но он также фиксировал гамма-сигналы, которые были не из вселенной, а из земли.

Начнем с того, что я сам наблюдал утром – со Световых столбов .

Световые столбы могут образовываться как от естественных источников света (луна, солнце), так и от искусственных (прожекторы, уличные фонари и т.д.). Разгадка тайны их возникновения заключается в образовании в воздухе мельчайших плоских кристалликов льда, от которых отражается свет от источника. Такие кристаллики образуются, как правило, на больших высотах, но при низких температурах могут формироваться и в более низких слоях атмосферы. По этой причине световые столбы чаще можно наблюдать в морозные дни. Когда таких столбов много, выглядит это довольно эффектно. Так и кажется, что поднимешь голову вверх и увидишь летающую тарелку, из которой вырываются эти световые колонны. Жалко не было с собой фотокамеры, приходится выкладывать фото из просторов интернета.

Удачных вам экспериментов и наблюдений!

Для астрофизики гамма-излучение в то время не было необычным. Они знали, что электроны и другие частицы в космосе могут быть ускорены до таких высоких энергий звездными взрывами, что они излучают энергетическое излучение, когда они сталкиваются с атомным ядром. Но как частицы должны достичь таких высоких энергий в атмосфере Земли? Тем более, что они постоянно сталкиваются с атомами и молекулами, в то время как их космические аналоги движутся практически без тормозов почти идеальным вакуумом.

С тех пор так называемые наземные исследователи гамма-излучения с тех пор не понимают. Первые данные позволили нам и другим ученым предположить, что они были на 65 километров выше облаков. Однако сегодня, после многих измерений и теоретических соображений, мы знаем, что они генерируются электрическими разрядами при обычных грозах, то есть на гораздо меньшей высоте. Постепенно выяснилось, что энергия атмосферного гамма-излучения достигла гораздо более высоких значений, чем считалось возможным. В то же время теоретики полностью вовлечены в интеграцию новых данных наблюдений в свои модели.

Гало – это явление также связано с появлением в атмосфере ледяных кристалликов.

В какой-то степени гало можно сравнить с радугой – и в том и в другом случае появление необычного оптического эффекта связано с разложением света на составляющие (дисперсией). Но в случае с радугой разложение света происходит в капельках воды. А поскольку капли не отличаются разнообразием, то и радуги, в общем-то, довольно похожи друг на друга. Другое дело – гало. Поскольку ледяные кристаллики могут быть разнообразных форм и размеров и перемещаться в пространстве различными способами – падать, парить, кружить, то и видов гало существует довольно много (около ста), и наблюдать его можно не в определенной позиции, как радугу – стоя спиной к солнцу, а в различных частях неба. Но чаще всего гало представляют собой световой круг, в центре которого располагается солнце.

На снимках появились красноватые структуры на высоте 80 километров над землей, которые простирались на несколько километров и казались огромными медузами. Поскольку эти массивные электрические разряды происходят почти на периферии пространства, казалось правдоподобным, что гамма-излучение, исходящее из них, могло бы быть измерено спутником на орбите.

Электрические поля создают электронные лавины

Гоблины - это общение обычных молний, которые производятся в облаках, лежащих далеко внизу. В случае молнии, вызванной резким дисбалансом электрических зарядов, электропроводящий канал временно открывается в электрически изолирующем воздухе. Затем носители заряда переносятся с высокой скоростью из одной области атмосферы в другую или к земной поверхности молнией.

Частным случаем гало является паргелий , или, как его еще называют, ложное солнце. Выглядит это интересное атмосферное явление как световые пятна, похожие на солнце (ну или луну).

Огни святого Эльма .

Силы электрического поля, участвующие в процессе, достигают значений более 100 миллионов вольт на метр. Электростатическое равновесие, по крайней мере, частично восстановлено. Но как с ковровым покрытием, которое тянет в одном месте, просто для того, чтобы бросить новую складку в другом месте, балансировка нагрузки внутри облака часто приводит к созданию нового поля в другом месте. Такое вторичное поле может, например, образовываться на земле, где оно может вызывать направленную вверх вспышку или чуть ниже ионосферы, что может привести к гоблину.

Довольно интригующее название, не правда ли. Да и выглядит необычно – как светящиеся кисточки или огоньки на шпилях и остриях высоких зданий. В старину это явление частенько могли наблюдать моряки на концах мачт. Неудивительно, что появление этого атмосферного явления связывали с проявлением мистических или религиозных сил. Тем не менее, загадка этого природного явления давно разгадана. «Виной» всему является коронный разряд, возникающий при большой напряженности электрического поля в атмосфере. Поэтому частенько огни святого Эльма наблюдаются во время грозы.

Вскоре теоретические физики предприняли первоначальные попытки объяснить, как эти гамма-фотоны могут также излучаться в космос. Гуревич и его коллеги из Московского института физики им. Лебедева обнаружили, что вторичные электрические поля вблизи ионосферы могут генерировать лавины очень энергичных электронов. Когда они сталкиваются с атомами, они не только производят характерный красный блеск гоблинов, но и высвобождают высокоэнергетические фотоны: рентгеновское излучение и даже гамма-излучение, которое все еще является энергетическим.

Наблюдают их также и во время метелей или песчаных бурь, когда движущиеся с большой скоростью частицы электризуют атмосферу.

Очень необычный оптический эффект, за которым гоняются многие фотографы – зеленый луч – вспышка зеленого цвета над кромкой солнца в момент, когда оно скрывается за горизонтом или вот-вот появится.

После вспышки через несколько секунд гром. Но кто ожидал, что грозы испускают гамма-излучение? Это довольно недавнее открытие по-прежнему содержит множество загадок. Некоторые из них сейчас вышли на трассу. Они ошеломляются от молекулы к молекуле, теряя энергию при каждом столкновении. При высоких энергиях и, следовательно, скоростях этот процесс начинает меняться. Тогда молекулы все менее и менее устойчивы к электронам, чем быстрее они движутся.

Чем больше поле ускоряет электроны, тем ниже сопротивление. Начался процесс самоподкрепления. Эти высокоэнергетические частицы называются «убегающими» или «убегающими» электронами, поскольку они убегают от других частиц по мере их ускорения. Они могут достигать почти скорости света и преодолевать расстояния в несколько километров, в то время как электрон, пролетающий через воздух, обычно останавливается всего через несколько метров. Гуревич и его рабочая группа подозревали, что электрон-выброс, когда он, наконец, сталкивается с молекулой газа в воздухе, может высвобождать другой электрон, который, в свою очередь, вырывается.

Все, что нужно, чтобы его увидеть – это безоблачное небо, прозрачный воздух, открытое пространство (например, море) и непреодолимое желание поймать этот короткий миг. Объясняется разложением и преломлением лучей солнечного спектра, которые в большей степени проявляются у горизонта. Преломление (рефракция) увеличиваются от красного к фиолетовому цвету. От красного к фиолетовому увеличивается также и рассеивание лучей в атмосфере. Поэтому на закате мы часто наблюдаем красное солнце – остальные составляющие спектра рассеиваются. Поэтому когда солнце прячется за кромкой горизонта, в первую очередь скрываются от взора менее преломленные лучи красной части спектра. И если атмосфера достаточно чиста и спокойна, то на короткий миг становится видна зеленая часть спектра. Почему зеленая, а не фиолетовая, скажете вы, ведь рефракция фиолетового цвета, следуя вышеприведенной логике, должна проявляться в большей степени? Так и происходит на самом деле. Но сине-фиолетовая часть спектра рассеивается, не доходя до наблюдателя. Поэтому мы можем наблюдать некую «золотую середину» — зеленый луч.

Результат будет своеобразной цепной реакцией: лавиной электронов высоких энергий, которая экспоненциально растет вдоль пути и простирается до достижения электрического поля. Согласно расчетам команды Гуревича, такой лавинный эффект увеличил бы интенсивность рентгеновского и гамма-излучения, возникающего при столкновениях с атомами на много порядков.

Эта теория была очень когерентной, поскольку она касалась двух разных атмосферных явлений, гамма-лучей и гоблинов. Для того, что гоблины связаны с лавинами эвакуационных электронов, также говорили энергетические спектры, измеренные Комптонской обсерваторией. Космическое пространство и, следовательно, спутники достигают высокоэнергетических гамма-лучей, поскольку они могут перемещаться на большие расстояния через атмосферу, чем излучение с низкой энергией. Поэтому, если подсчитать, сколько гамма-квантов из каждого энергетического диапазона попало на спутник, можно заключить высоту, на которой они были сгенерированы.

Венцы. Вы их вполне могли наблюдать сами в туманную погоду. Это радужные круги вокруг источников света – фонарей, автомобильных фар.

Венцы можно наблюдать и вокруг естественных источников света (солнца, луны), когда они прикрыты легкой пеленой облаков. Самые красивые венцы образуются, когда облачность или туман состоят из мелких капелек одинакового размера. По мере увеличения капель размер радужных колец уменьшается вплоть до полного исчезновения. Это может служить предвестником ухудшения погоды. Объясняют появление венцов дифракцией света.

Но реальность оказалась сложнее. Там он и его коллеги уволили ракеты в небо, потянув за них токонесущую проволоку, чтобы вызвать молнию. Команда измерила рентгеновское излучение, с которым они столкнулись на земле, а также обнаружила всплеск очень яркого гамма-излучения, охваченного всей территорией во время оценки данных. Очевидно, этот Гаммаблиц произошел в грозу.

Из данных Дуйера появилась энергия гамма-излучения и его длительность - такие значения также ожидались от наземных гамма-лучей. Но в то время считалось, что такие гамма-лучи происходят из гораздо более высоких высот и больше не наблюдаются на земле. Противоречие было очевиден: с одной стороны, данные свидетельствуют о том, что гамма-луч, обнаруженный спутниками, также может быть вызван молниями внутри грозы. С другой стороны, эта идея казалась сумасшедшей. Поскольку молния должна была быть невероятно яркой, так что она создает достаточно большую часть излучения через атмосферу в пространство.

Частным случаем венцов является глория .

Также объясняется дифракцией света. Очень интересный оптический эффект, но наблюдать его можно только на достаточно большой высоте, например, в горах. В отличие от венцов, глория образуется в точке, противоположной источнику света на уровне наблюдателя. А поскольку на линии «источник света – глория» находится наблюдатель, который отбрасывает тень, то глория фактически представляет собой радужный ореол вокруг тени наблюдателя. На востоке это оптическое явление называют Светом Будды.

Оптические вспышки и струи

Противоречивые результаты: формируются ли гамма-лучи на уровне облака или вблизи космоса? В нем рассматриваются рентгеновские и гамма-излучения солнца, но его большие германиевые детекторы также отлично подходят для измерения гамма-излучения атмосферы. Поскольку детекторы направлены на Солнце, земные гамма-кванты могут наблюдаться только «спиной» спутника.

В это время предполагалось, что земные гамма-лучи были очень редки. Кроме того, он обнаружил, что гамма-кванты радиационных всплесков гораздо точнее, чем когда-либо могла сделать Комптонская обсерватория. Однако, когда мы сравнивали измеренные данные с симуляциями, мы пришли к выводу, что гамма-лучи пролегали на большие расстояния по воздуху: они должны были возникнуть на высотах от 14 до 20 километров.

Двояковыпуклые облака (lenticular mammatus) – могут принимать вид висящих в небе мешочков или же тарелок.

Это атмосферное явление неподготовленный наблюдатель запросто может принять за нашествие пришельцев.

Топ самых необычных природных феноменов

Это типично для верхних предгорий гроз, но лежит далеко ниже области, где можно наблюдать гоблинов. Дальнейшие результаты укрепили наши результаты. Его анализ показал, что эти вспышки были слишком слабыми для производства гоблинов. Он показал распределение гамма-лучей по всему земному шару и был очень похож на распределение обычных гроз, которые сосредоточены в тропиках. Распределение гоблинов, которые иногда часто наблюдаются в более высоких широтах, имеет мало общего с гамма-лучами.

Как выглядят вещи под микроскопом?

Однако комптоновские спектры продолжали указывать на точки образования, которые из-за их большой высоты были более совместимы с гоблинами, чем с грозами. В сотрудничестве со студентом Брайаном Грефенстеттом мы поняли, что наземные гамма-лучи были намного ярче, чем считалось ранее.

Конечно же, никакого отношения к пришельцам они не имеют, но от этого двояковыпуклые облака не становятся менее красивыми и завораживающими. Эти облака образуются между двумя воздушными слоями, либо в месте, где воздушный поток натыкается на препятствие, например, вершину горы.

Северное (или, правильнее было бы его называть, полярное ) сияние – все о нем знают, но не многие его видели.

Гамма-излучение имеет много источников - но гоблины не принадлежат ему

Они частично ослепили комптоновские детекторы, и поэтому их полная интенсивность не была записана. Наши измерения всегда были слишком низкими. Менее чем через два года было ясно, что первые предположения о высоте образования гамма-лучей должны были быть пересмотрены вниз более чем на 50 километров. Он также не испытывает недостатка в какой-то иронии, что гоблины по-прежнему считались ярким примером формирования высокоэнергетического излучения в земной атмосфере, когда десять лет назад мы обратились к этой области исследований.

Возникают в результате взаимодействия потока заряженных частиц, движущихся из космического пространства (так называемый солнечный ветер) с магнитным полем планеты. Я недаром написал «планеты», а не «Земли», т.к. полярные сияния зафиксированы и на других планетах солнечной системы. Наблюдать полярное сияние можно преимущественно в высоких широтах, причем обоих полушарий (поэтому правильнее называть это явление не «северное сияние», а «полярное сияние»). Но в периоды значительной солнечной активности география мест, где можно наблюдать это потрясающее зрелище, может значительно расширяться.

Фактически, все виды явлений, по-видимому, излучают обнаруживаемое излучение высокой энергии, от грозовых облаков до различных типов вспышек, до искры, генерируемых в лаборатории, но не только гоблинов. Из-за их низкой энергии излучения, консенсус среди исследователей сейчас, они не являются источником гамма-лучей.

Ученые согласны с тем, что наземные гамма-излучения обусловлены, среди прочего, электронными лавинами, которые ускоряются в сильных электрических полях внутри грозовых облаков вплоть до почти скорости света. Когда электроны сталкиваются с атомными ядрами в молекулах воздуха, тогда образуются гамма-кванты очень высокой энергии. Только электролины могут достичь этих высоких энергий, которые достигают значений, подобных тем, которые наблюдаются в звездных взрывах, но не объясняют. Поэтому исследователи предложили механизм релятивистской обратной связи.

Мираж . Могу поспорить, что практически все сталкивались с этим явлением. Но, как это часто бывает, в повседневной суете и заботах мы не замечаем красоты и необычных проявлений, которые нам демонстрирует природа.

Вспомните, ведь наверняка вы не раз видели в жаркую погоду над самой поверхностью разогретого асфальта струящиеся потоки, как будто стремительный ручей на небольшом отдалении перерезает дорогу? Это и есть простейшая форма миража. В более красивых случаях можно наблюдать объекты, которые скрыты за горизонтом. Происходит это потому, что свет распространяется прямолинейно только в однородной среде. Когда же воздух, находящийся вблизи разогретой поверхности, нагревается, он становится неоднородным, и распространение световых лучей в такой воздушной среде становится криволинейным, возникает мнимое, несуществующее в данном месте изображение. Таким образом становится возможным как бы заглянуть за горизонт.

Различают несколько типов миражей, но самым необычным, безусловно, является Фата-Моргана (от итальянского fata Morgana – фея Моргана, которая по преданию жила на морском дне и заманивала при помощи миражей в свои сети незадачливых морских путешественников).

Этот мираж – набор нескольких различных миражей. Наблюдающие его могут видеть различные объекты, многократно отраженные и с различными искажениями.

Это далеко не полный список необычных и удивительных природных явлений. Газовая оболочка Земли – атмосфера – является своеобразной линзой планеты. Причем она неоднородна – более плотная у поверхности и более разреженная в верхних слоях, где-то более нагретая, где-то менее, где-то сухая, а где-то насыщенная влагой. Все это делает земную атмосферу источником поразительных в своей красоте и загадочности явлений. А нам остается лишь быть просто внимательными и не отворачиваться, когда природа хочет нам показать нечто удивительное.

Удачных вам экспериментов и наблюдений!

«Моя Планета» собрала самые красивые, редкие, необычные явления природы: атмосферные, оптические, метеорологические, увидеть которые — большая удача.

Гало: солнечный круг, столб и ложное солнце

Когда в небе появляется светящееся кольцо вокруг Солнца, Луны или даже фонаря, многие люди думают об НЛО. На самом деле этот оптический феномен называется «гало». Встречается несколько его разновидностей: кольцо, световой столб, тянущийся от восходящего или заходящего солнца, или ложное солнце (паргелий) — появление световых пятен обычно с двух сторон от настоящего солнца. Причина явления — преломление света в кристаллах льда, содержащихся в атмосфере.

Если вы увидите в небе сразу два солнца в противоположных сторонах горизонта, не пугайтесь: это редкое явление антигелий, вызванное все тем же преломлением света в частицах льда, содержащихся в облаках. В прошлом феврале такое чудо природы наблюдали жители Липецка, некоторые приняли его за метеорит.

Глория

Если лететь в самолете или стоять на вершине горы над облаками, когда в спину светит солнце, можно увидеть красивые радужные круги, по-научному это явление называется «глория», но китайцы дали ему второе имя: свет Будды. Причина — дифракция света, отраженного в капельках облака.

Оказавшись на холме или на горе спиной к заходящему или восходящему солнцу, можно увидеть не только глорию, но и призрак Броккена — вашу собственную тень, увеличившуюся до размеров великана. Оптический эффект объясняется преломлением света в частицах облаков, тумана или в летающих снежинках. Идеальное место для экспериментов — гора Броккен в Германии, где часто случаются туманы.

Огни святого Эльма

Во время грозы, бури или метели на концах шпилей зданий, мачт кораблей или на верхушках деревьев может возникать электрический разряд в форме светящихся пучков или кисточек. Его называют огнями святого Эльма, так как моряки, сталкивающиеся с этим явлением в море, воспринимали свечение как сигнал о спасении от покровителя моряков — святого Эльма.

Небесная дыра и ледяная пыль

Округлую дыру в небе со струящимися из нее осадками люди видят весьма редко и обычно встречают небывалым ажиотажем, словно речь идет об НЛО или падении метеорита. Между тем феномен под названием fallstreak hole, или дырообразная полоса падения осадков, имеет научное объяснение: над плотным слоем облаков на высоте 5-6 км над землей образуются водяные капли, которые не замерзают даже при -40 °С. Когда по какой-то причине происходит нарушение облачного слоя (например, пролетает самолет), возникает цепная реакция: капли воды кристаллизируются и в виде ледяной пыли летят вниз, однако до Земли не долетают, превращаясь в газ в более теплых слоях атмосферы.

Ледяные иглы

Иногда в морозную погоду с неба может падать не снег и не град, а ледяные иглы — мельчайшие ледяные кристаллы, настолько острые, что даже могут поранить кожу. Они образуются из мгновенно замерзших капель воды и застывают на ветках деревьев и фонарях в виде живописных украшений. Встречаются в Сибири, на Крайнем Севере, а в 2011 году, к удивлению местных жителей, выпадали во Владивостоке.

Лентикулярные облака

Над горными вершинами и вблизи хребтов порой можно наблюдать застывшие облака, похожие на НЛО. Они образуются на гребнях воздушных волн или между двумя слоями воздуха и не двигаются даже при сильном ветре. За счет оптического эффекта иризации могут окраситься в яркие цвета: от красного до зеленого.

Вымеобразные облака

В тропических странах чрезвычайно редко, обычно перед ураганом, в небе можно наблюдать вымеобразные или трубчатые облака ячеистой структуры: они создают необычный волнистый рисунок на небе и заставляют думать об их сверхъестественном происхождении. Это явление получило название Mammatus clouds и было открыто лишь 30 лет назад.

Утренняя глория

Еще одна редкая разновидность облаков — утренняя глория: длинная вытянутая полоса напоминает след от гигантского самолета и может достигать 1000 км в длину. Ученые изучают это явление природы с 1970-х годов, но до сих пор не нашли объяснение сложным передвижениям воздушных масс, которые образуют подобные грозовые воротники. Идеальное место для наблюдений — залив Карпентария на севере Австралии.