Лучи солнца падают на такой кристаллик, отражаются от него, как от зеркала, и попадают в глаза наблюдателя. А тут вступает в права одна особенность зрительного восприятия. Поясним ее на простом примере.
На берегу озера стоит дом. В спокойной воде, как в зеркале, мы видим его отражение. Почему? Лучи света, отраженные домом, попадают в наши глаза двумя путями: одни проходят прямо через воздух, и мы видим изображение дома, а другие отражаются от зеркальной поверхности воды и, попадая в глаза, образуют второе — перевернутое — изображение того же строения.
Причина проста: наши глаза воспринимают изображение предметов всегда так, как будто от них идут прямолинейные лучи. Поэтому мы видим изображение дома, отраженного поверхностью воды, на прямой линии, идущей от глаз к воде.
То же происходит при появлении паргелического круга. Маленькие зеркала — шестигранные кристаллики посылают нам в глаза отраженное солнце, но мы видим его изображение не там, где солнце находится, а на прямой линии, идущей от глаз, причем изображение это видно на той же высоте над горизонтом, что и солнце.
В воздухе находится очень много кристалликов-зеркал. Изображения солнца, попадающие в глаза от отдельных кристалликов, сливаются, и мы видим сплошной светлый круг, параллельный горизонту.
Отражение света от маленьких ледяных зеркал, плавающих в морозном воздухе, рождает на небе и светящийся столб. Тут в игре света участвуют ледяные пластинки, плавающие в атмосфере не вертикально, а горизонтально.
Вот как это происходит. Лучи солнца, которые только что ушли за горизонт, падают на колеблющиеся нижние грани таких пластинок, отражаются и попадают в глаза наблюдателя. Если таких кристалликов в воздухе много, зеркальные отображения солнца сливаются в одно, и мы видим растянутое, искаженное до неузнаваемости изображение солнечного диска — в небо от горизонта уходит светящаяся дорожка.
Иногда на фоне вечерней зари она бывает окрашена в красноватые тона. Это «знамение» с давних пор производило очень сильное впечатление на суеверных людей. «Быть беде!» — говорят они, убежденные, что не может возникать на небе столь зловещий знак «просто так».
А между тем здесь мы сталкиваемся с таким случаем, когда обычное, всем знакомое явление принимает необычную форму. Вспомните «лунную дорожку» на воде. Это не что иное, как зеркальное отражение луны, только отражение неузнаваемо искаженное, сильно растянутое на поверхности воды, подернутой рябью. Слегка волнующаяся вода так отражает падающий на нее лунный свет, что мы видим множество отдельных отражений луны — на воде возникает длинная светящаяся «дорожка».
Иногда такое же гало можно наблюдать на ночных улицах. Оно возникает возле ламп электрического освещения во время снегопада при тихой погоде. Снежинки отражают свет, и создается светящийся столб.
Но чаще других на небе можно увидеть гало-круг, в центре которого находится солнце или луна. Чтобы понять, как он образуется, надо вспомнить не об отражении световых лучей, а об их преломлении. И сначала не в ледяных кристалликах, а в каплях дождя.
Отшумел летний дождь. В ярких лучах выглянувшего солнца заискрились трава, листья деревьев, а там, куда ушла завеса дождя, многоцветной дугой легла красавица радуга.
Знакомая картина. А хорошо ли вы знаете, как она возникает?
Многокрасочная расцветка радуги стала понятна еще со времен Ньютона: он открыл, что белый солнечный свет — свет сложный. Это подтверждает простой школьный опыт: пропустите солнечный луч через клинообразный кусок стекла — стеклянную призму — и белый свет распадется на свои составные, спектральные цвета; в них принято выделять семь основных — красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Расположение их неизменно: за красным идет оранжевый, за оранжевым желтый и т. д.
Разложение белого света стеклянной призмой объясняется тем, что отдельные цветные лучи преломляются в ней неодинаково: одни больше, другие меньше. Меньше всего преломляются лучи красного цвета, больше всего — фиолетового. Белый луч, проходя сквозь призму, как бы развертывается веером на цветные лучи, из которых он состоит.
В плоских стеклах, скажем в оконном, этого не происходит, все цветные лучи, составляющие белый свет, преломляются в одинаковой степени, и мы видим тот же белый луч.
С таким же разложением белого солнечного света на разноцветные лучи связано образование радуги.
Конечно, в воздухе нет никаких стеклянных призм. Но их и не нужно. Роль таких призм с успехом выполняют дождевые капли.
Вспомните, как ранним утром капельки росы играют в лучах солнца всеми цветами радуги. В этом случае белый солнечный свет разлагается в каплях росы на свои радужные цвета. То же самое происходит при дожде. Луч света, падая на поверхность капли дождя, преломляется и проходит внутрь ее. Достигнув внутренней стенки, он отражается и выходит из капли, вновь преломляясь на выходе. Так происходит разложение света в спектр — из дождевой капли выходят разноцветные лучи.
Солнечные лучи во время дождя преломляются в мириадах капель воды. Но в наши глаза попадают лишь те цветные лучи, которые идут от капель, находящихся в одном положении по отношению к глазам и к солнцу: все они расположены по окружности. Сливаясь, они и дают картину радуги.
То, что дождевые капли падают, ничего не меняет. Вспомните, как демонстрируется кинокартина. На экране быстро сменяются отдельные неподвижные кадры. Каждый из них появляется на экране примерно всего на одну двадцатую долю секунды и тут же сменяется следующим. Промежуток времени, разделяющий одно зрительное впечатление от другого, обычно не превышает одной десятой доли секунды, и изображения отдельных кадров сливаются в одно непрерывное, движущееся. Не успевает в нашем мозгу исчезнуть одно изображение, как на него уже накладывается другое.
То же самое происходит в воздухе. От капли — там, где возникает радуга, — в глаза наблюдателя попадает какой-либо один цветной луч — синий, зеленый, красный и т. д. Это происходит лишь на короткий миг. Но тут же ее заменяет другая капля, падающая сверху, и мы видим этот луч десятки и сотни секунд.
Положение радуги на небе зависит от положения солнца. Чем выше высота солнца, тем меньшая часть радужного круга видна. Замечательную картину наблюдали первые воздухоплаватели, поднимавшиеся над землей на воздушных шарах, — они видели весь радужный круг.
Каждый видит на небе свою собственную радугу. В самом деле, отойдет человек немного в сторону — и радужная полоса передвинется вместе с ним: он увидит радугу в новых каплях. Поднимитесь на гору, и радуга поднимется с вами, ведь когда вы переходите на другое место, вы уже видите радужные лучи солнца, отраженные другими каплями.
Яркость радуги меняется в зависимости от того, какое количество дождевых капель находится в воздухе, и от величины этих капель. Радуга тем ярче, чем крупнее капли дождя. Вспомните, как она ярка при летнем дожде, когда падают частые, крупные капли.
От величины дождевых капель зависит и вид радуги. Когда в воздухе находятся более крупные дождевые капли, в радуге ярко выделяются зеленая и фиолетовая полосы. Хорошо видна красная полоса. Более мелкие капли дают радугу, в которой выделяется желтый цвет. Когда радугу образуют совсем мелкие капельки — диаметром не более 0,03 миллиметра, в ней появляется белая полоса, а сама радужная полоса выглядит шире.
Интересно, что в последние пять — десять минут перед заходом солнца все цвета в радуге, кроме красного, начинают исчезать, так что остается одна красная дуга. Порой она бывает очень яркой и видна после солнечного захода.
Иногда можно видеть не одну, а две, три и более радуг. Как они возникают? Когда солнечный луч не один раз, а дважды отражается от внутренней стенки капли и разлагается в спектр. Так образуется двойная радуга, имеющая вид двух радужных дуг, расположенных одна над другой.