Зимняя радуга в сильные морозы – далеко не редкое явление. В науке этот оптический феномен получил своё название – гало (от французского halo и греческого halos – световое кольцо вокруг Солнца или Луны).

В старину разнообразным гало, как и другим небесным явлениям, приписывалось мистическое значение предзнаменований (как правило, дурных, особенно если гало принимало крестообразную форму, которая трактовалась как крест или меч, или появлялись двойники светила), чему известно множество летописных свидетельств. Так, в «Слове о полку Игореве» рассказывается, что перед наступлением половцев и пленением Игоря «четыре солнца засияли над русской землей», что было воспринято как знак надвигающейся большой беды.

А в 1551 году после длительной осады войсками императора Карла V немецкого города Магдебурга в небе над городом появилось гало с ложными солнцами. Это вызвало переполох среди осаждавших. Так как гало было воспринято как небесное знамение в защиту осаждённых, то Карл V приказал снять осаду города.

В те времена, когда метеорологии не существовало, гало и подобные ему оптические явления использовались для предсказания погоды. Например, русские народные приметы говорят, что появление вокруг луны подобных светлых колец, дуг, пятен, столбов – к дождю, а чувашские – к похолоданию (обычно – зимой).

Гало́ – оптический феномен, светящееся кольцо вокруг источника света. Гало обычно появляется вокруг Солнца и Луны, иногда вокруг других мощных источников света, таких как уличные огни. Существует множество типов гало и вызваны они преимущественно ледяными кристаллами в перистых облаках на высоте 5-10 км в верхних слоях тропосферы.

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 цветов глазом не видно, что связано с особенностями сумеречного зрения.

Иногда в морозную погоду гало образуется кристаллами очень близко к земной поверхности. В этом случае кристаллы напоминают сияющие драгоценные камни (т.н. алмазная пыль), а нижняя часть гало может быть видна на фоне окружающего пейзажа, если Солнце находится достаточно низко над горизонтом.

Различают множество типов гало, но все их вызывают ледяные кристаллы в перистых облаках. Именно от их формы и расположения и зависит вид гало. Свет, который отражают и преломляют ледяные кристаллы, нередко разлагается в спектр, что обуславливает схожесть гало с радугой. Гало, образующееся вокруг луны, не имеет цвета, потому как в сумерках его просто невозможно различить. Данное явление фиксируется в любую погоду, причём в мороз кристаллы располагаются очень близко к поверхности земли и напоминают сияющие драгоценные камни, так называемую алмазную пыль.

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. 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.

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 – 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:
• 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 Пари – расположена между верхними концами касательной 22-градусного круга и имеет радужную окраску.

При наблюдении гало необходимо закрывать солнце каким-либо предметом или хотя бы рукой, чтобы не повредить глаза (в большинстве случаев при фотосъёмке также целесообразно закрывать солнце). Желательны тёмные очки, поскольку отдельные элементы гало бывают ослепительно яркими. Любой фотоаппарат снимет гало при любых настройках, но из-за яркости получаются плохо заснятые детали (чаще всего бывают переэкспонированы солнечные столбы и паргелии).

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.

Гало, как и радуга, и северное сияние, относится к атмосферным оптическим явлениям, вызванным дисперсией света в кристаллах льда. Три составляющих радуги зимой – яркое солнце, крепкий мороз и высокая влажность.

Чаще всего зимнее гало – это ореол вокруг солнца или луны. А по бокам от солнца и луны могут быть видны довольно яркие пятна, которые похожи на солнечный диск.

Влажность возникает из-за того, что атмосфера насыщена огромным количеством ледяных кристаллов, и солнечные лучи, проходя сквозь них, преломляются, образуя с внутренней стороны гало свечение красноватого цвета. В очень редких случаях свечение состоит из полного спектра цветов.

Гало возникает с появлением тонких перистых облаков на небе (на высоте около 6 км), и именно они преломляют солнечные лучи. Есть существенные отличия гало от обычной радуги:
– гало появляется вокруг солнца. Радугу обычно видят, стоя спиной к солнцу;
– радуга чаще всего имеет весь цветовой спектр, а гало окрашено очень слабо, в основном это красный и оранжевый цвета;
– у радуги ближе к центру расположен фиолетовый цвет, красный – на внешней стороне, а у гало красный цвет расположен ближе к центру.

Согласно русским народным приметам, появление радуги зимой предвещает морозы и снег. Эти народные наблюдения имеют под собой вполне научное объяснение. Гало появляется на небе по трём причинам: при безоблачном небе, низкой температуре и высокой влажности. Эти факторы как раз совпадают при смене погоды, а также при приближении снежного бурана или сильных морозов.

Гало рождается при преломлении света кристаллами льда, возникшими в перистых облаках или низких слоях атмосферы. Эти замерзшие частицы различаются по форме и способу перемещения в воздухе. Они могут парить, медленно опускаться или кружиться. Вид оптического явления зависит от конфигурации элементов и их расположения. Играющая светом иллюзия схожа по механизму возникновения с радугой, но вместо капель воды в ней отражателями выступают кристаллы льда.

Астроном из Голландии Марсел Миннарт внес особенный вклад в исследование явлений этой категории. Он посвятил много времени работе по изучению взаимодействия света и атмосферы, систематизации гало.

Преломление света приводит к его разделению на спектры, и круг окрашивается как радуга, но с меньшим количеством цветов. К ярким видам оптического явления относятся паргелий, представляющий собой радужное пятно, и зенитная дуга, которая встречается в редких случаях и выглядит как перевернутая радуга.

Самая распространенная форма гало – это светящийся круг с угловым радиусом в 22° и центром на солнечном или лунном диске. Оно возникает из-за преломления лучей в боковых гранях кристаллов. Малое гало слабо окрашено. В основном, это красный и оранжевый цвет. Большое гало, с радиусом около 46°, встречается редко, примерно, раз в год. Оно имеет красный оттенок с внутренней стороны, а его касательные дуги расцвечены полноценно. Еще реже можно заметить гало 90°, которое образует слабо светящийся круг, имеющий общий центр с меньшими кольцами.

Паргелический круг и дуги гало имеют белый цвет. Соединяясь вместе, различные виды гало образуют причудливые фигуры. Например, световой столб и светящийся круг пересекаются, образуя крест, который во время заката становится красным. Шестигранные кристаллы, расположенные вертикально, способны создать несколько ложных солнц. Такие проявления феномена считаются сложными гало. Они формируются крайне редко и вызывают неизменный интерес у ученых и просто наблюдателей.

Существует явление схожее по внешнему виду с гало – это венцы, представляющие туманные диски вокруг Солнца, Луны или звезд. Они имеют малый радиус и возникают из-за рассеивания лучей в проходящих облаках. Объектами, отражающими в этом случае свет, являются капли воды.

Это удивительное явление воспринималось в давние времена как «божье знамение»; оно повергало в трепет непросвещённых людей, порождало суеверия. Наблюдая на небе светящиеся кольца (они возникают вокруг Солнца или Луны), столбы или кресты, да к тому же иногда имеющие «жутковатый» красный оттенок, люди воспринимали их как божественные ореолы, кресты, кровавые мечи и т.п. Они считали, что эти «знамения» предвещают несчастья – войны, голод, болезни и прочие страдания.

Гало по своей природе родственно радуге. Радуга возникает в результате преломлений и отражений световых лучей в каплях дождя, а гало связано с преломлениями и отражениями света в ледяных кристалликах облаков. Своей поражающей воображение симметрией гало обязано правильной форме ледяных кристалликов, а вид наблюдаемого гало зависит от их формы и расположения в атмосферном воздухе.

Дело в том, что облака обычно состоят из капелек воды, но некоторые, находящиеся очень высоко, состоят из ледяных кристалликов. Если свет проходит через круглые капельки воды, образуется радуга, если же через кристаллики льда с многочисленными гранями, то образуется гало. Лучи света могут просто отражаться от кристалликов, создавая светлые, неокрашенные гало. Если луч света проходит сквозь кристалл льда – происходит его разложение в спектр. Вместо белого луча света на выходе получается радужный луч. Это происходит потому, что в зависимости от цвета (длины волны) луч преломляется по-разному. Когда кристалликов в воздухе много и они обладают симметрией (одинаковая форма, одинаковая ориентация в пространстве), выходящие из них разноцветные лучи складываются вместе в правильные фигуры на небе: столбы, кресты, полукруги и т.д. Для возникновения гало важно, чтобы большинство кристалликов имело форму шестигранных призм.

Многообразные формы наблюдаемых на Земле гало можно разделить на две группы:
1. Гало, образующиеся в результате преломления света в ледяных кристаллах, слегка окрашенные в разные цвета; это круги или дуги, а также ложные солнца или луны.
2. Гало, образующиеся в результате отражения света от граней кристаллов, не имеющие окраски: это световые столбы или кресты, расположенные под Солнцем или Луной.

Если ледяные кристаллики и ледяные пластинки ориентированны в пространстве таким образом, что их основные отражающие грани оказываются вертикальными, то благодаря отражениям от указанных граней и возникает светящаяся горизонтальная полоса шириной, равной ширине солнечного диска, и на одной высоте с последним. Если отражающие плоскости ледяных кристалликов ориентированны почти горизонтально, то может наблюдаться светящийся столб, проходящий через солнечный диск.

Гало являются наиболее верным признаком ухудшения погоды. Так, в конце марта 1988 года в Москве и Подмосковье установилась тихая, солнечная весенняя погода. Но в один из вечеров вокруг Луны наблюдалось гало; и уже на следующий день погода резко испортилась.

Кроме основных форм гало наблюдаются ложные солнца – слегка окрашенные светлые пятна на одном уровне с Солнцем и на угловом расстоянии от него также 22 или 46°. К основным кругам присоединяются иногда различные касательные дуги к ним. Наблюдаются еще неокрашенные вертикальные столбы, проходящие через солнечный диск, т.е. как бы продолжающие его вверх и вниз, а также неокрашенный горизонтальный круг на одном уровне с Солнцем.

Окрашенные гало объясняются преломлением света в шестигранных призматических кристаллах ледяных облаков, неокрашенные (бесцветные) формы – отражением света от граней кристаллов. Разнообразие форм гало зависит в основном от типов и движения кристаллов, от ориентации их осей в пространстве, а также от высоты Солнца.

Гало в 22° обусловлено преломлением света боковыми гранями кристаллов при беспорядочной ориентации их главных осей во всех направлениях. Если главные оси имеют преимущественно вертикальное направление, то по обе стороны от солнечного диска (также на расстоянии 22°) вместо светлого круга возникают два светлых пятна – ложные солнца.

Гало в 46° (и ложные солнца в 46°) обусловлено преломлением света между боковыми гранями и основаниями призм, т.е. с преломляющим углом 90°.

Горизонтальный круг обусловлен отражением света боковыми гранями вертикально расположенных кристаллов, а солнечный столб – отражение света от кристаллов, расположенных преимущественно горизонтально.

В тонких водяных облаках, состоящих из мелких однородных капель (обычно это высококучевые облака) и закрывающих диск светила, за счет дифракции возникают явления венцов. Венцы возникают также в тумане около искусственных источников света. Основная, а часто единственная часть венца – светлый круг небольшого радиуса, окружающий вплотную диск светила (или искусственный источник света).

Круг в основном имеет голубоватый цвет и лишь по внешнему краю – красноватый. Его называют также ореолом. Он может быть окружен одним или несколькими дополнительными кольцами такой же, но более светлой окраски, не премыкающими вплотную к кругу и друг к другу. Радиус ореола 1-5°. Он обратно пропорционален диаметрам капель в облаке, поэтому по нему можно определить размеры капель в облаках.

Венцы вокруг искусственных источников света малых размеров (по сравнению с дисками светил) имеют более богатые радужные цвета.

Народный приметы, связанные с гало:
– После появления быстро движущихся перистых облаков небо покрывается прозрачным (как вуаль) слоем перисто-слоистых облаков. Они обнаруживаются по кругам около Солнца или Луны (признак ухудшения погоды).
– Вокруг Солнца или Луны видно гало (признак ухудшения погоды).
– Зимой – белые венцы большого диаметра вокруг Солнца или Луны, а также столбы около Солнца, или так называемые ложные солнца (признак сохранения морозной погоды).
– Кольцо вокруг Луны – к ветру (ухудшение погоды).

Процитируем книгу В.А.Мезенцева «Религиозные суеверия и их вред» (Москва, 1959 год). Вот что там написано про вышеописанные явления: «Вот, например, какое сложное и редкое по своей форме гало действительно наблюдали весной 1928 года в городе Белом, Смоленской области. Около 8-9 часов утра по обе стороны от Солнца – вправо и влево – были видны два ярких, окрашенных в радужные тона, ложных солнца. Они имели короткие, слегка изогнутые белесые хвосты. Настоящее Солнце находилось в центре светящегося круга. Кроме того, на небе было видно несколько светящихся дуг. Именно такие дуги в прошлые века и принимали за кривые огненные мечи, висящие в небе.

А 28 ноября 1947 года в городе Полтаве наблюдалось сложное гало вокруг Луны. Луна находилась в центре светлого круга. На круге справа и слева были видны также новые луны, или, как их часто называют, параселены; левый параселен был более ярок и имел хвост. Гало-круг был виден не весь. Наиболее ярок он был в своей верхней части и слева. Сверху у гало-круга была яркая касательная дуга.

Как же могут получаться такие необыкновенные изображения в воздухе? Каковы причины этого интересного природного явления? Изучая появления на небе гало, ученые уже давно заметили, что они бывают тогда, когда Солнце затянуто белой, блестящей дымкой – тонкой пеленой высоких перистых облаков. Такие облака плавают на высоте 6-8 километров над землей и состоят из мельчайших кристалликов льда, которые имеют чаще всего форму шестигранных столбиков или пластинок. Поднимаясь и опускаясь в потоках воздуха, ледяные кристаллики, подобно зеркалу, отражают или, подобно призме, преломляют падающие на них солнечные лучи. При этом от некоторых кристалликов отраженные лучи могут попадать в наши глаза. Тогда мы и наблюдаем различные формы гало.

Вот одно из таких форм: на небе появляется светлый горизонтальный круг, опоясывающий небо параллельно горизонту. Ученые проводили специальные опыты и нашли, что такой круг возникает благодаря отражению солнечного света от боковых граней ледяных шестигранных кристалликов, плавающих в воздухе в вертикальном положении. Лучи Солнца падают на такой кристаллик, отражаются от него, как от зеркала, и попадают нам в глаза. Но наши глаза не могут обнаружить искривления световых лучей, поэтому мы видим отраженное изображение Солнца не там, где оно находится в действительности, а на прямой линии, идущей от глаз, причем изображение будет видно на той же высоте на той высоте над горизонтом, что и действительное Солнце.

Это явление подобно тому, как мы видим в зеркале изображение электрической лампочки одновременно с самой электрической лампочкой. В воздухе находиться очень много таких вертикально плавающих кристалликов-зеркал. Все они отражают от себя солнечные лучи. Зеркальные изображения Солнца, попадающие к нам в глаза от отдельных кристалликов, сливаются, и мы видим сплошной светлый круг, параллельный горизонту.

Или бывает так: Солнце только что ушло за горизонт, и на темном вечернем небе вдруг возникает светлый столб. В этой игре света, как показали специальные опыты, участвуют ледяные пластинки, плавающие а атмосфере в горизонтальном положении. Лучи Солнца, которое только что ушло за горизонт, падают на колеблющиеся нижние грани таких пластинок, отражаются и попадают в глаза наблюдателя. Когда таких кристалликов в воздухе много, зеркальные отображения Солнца, попадающие к нам в глаза от отдельных ледяных пластинок, сливаются в одно, и мы видим растянутое, искаженное до неузнаваемости изображение солнечного диска – на небе возникает светящийся столб. На фоне вечерней зари он имеет иногда красноватый цвет.

С явлением, подобным этому, каждый из нас встречался не раз. Вспомните солнечную или лунную «дорожку» на воде. Здесь мы видим точно такое же искаженное отраженное Солнца или Луны, только роль зеркала выполняет не кристаллики льда, а поверхность воды. А не приходилось ли вам видеть светлый радужный круг, окружающий Солнце? Это тоже одна из форм гало.

Установлено, что это гало образуется в тех случаях, когда в воздухе находится много шестигранных ледяных кристалликов, преломляющих солнечные лучи подобно стеклянной призме. Большинство таких преломленных лучей мы не видим, они рассеиваются в воздухе. Но от некоторых кристалликов в наши глаза попадают и направленные лучи. Такие кристаллики располагаются на небе по окружности вокруг Солнца. Все они кажутся нам освещенными, и в этом месте мы видим светлый круг, слегка окрашенный в радужные тона.

Не всегда мы видим на небе ту или иную форму гало полностью. Например, зимой, при больших морозах, по обе стороны Солнца появляется два световых пятна. Это части гало-круга. В другом случае бывает видна только верхняя часть такого круга – над Солнцем. В прошлом ее нередко принимали за светящуюся корону. Так же бывает и с горизонтальным кругом, проходящим через Солнце. Чаще всего видна только та его часть, которая примыкает к Солнцу; тогда мы наблюдаем на небе как бы два светлых хвоста, тянущихся вправо и влево от Солнца.

Нетрудно понять и то, как возникают в воздухе светящиеся кресты. От Солнца, которое находится низко у горизонта или уже ушло за горизонт, тянется вверх длинный светящийся столб. Этот столб пересекается с видимой над Солнцем частью гало-круга, и в небе возникает большой светящийся крест. Могут появляться два креста. Это бывает тогда, когда на небе видны вертикальные части гало-круга и части горизонтального круга, примыкающие к Солнцу; пересекаясь, они дают два креста по обе стороны от Солнца. В других случаях здесь вместо крестов видны лишь светящиеся пятна, по своим размерам близкие к Солнцу. Их называют ложными солнцами. Обычно этот вид гало наблюдается, когда Солнце стоит невысоко над горизонтом.

Специально проведенные опыты показывают, что в образовании ложных солнц участвуют шестигранные кристаллики, которые плавают в воздухе не беспорядочно, а так, что их оси располагаются преимущественно вертикально. В северных областях, где вообще значительно чаще наблюдается гало, ложные солнца можно видеть десятки раз в год. Нередко они настолько ярки, что не уступают самому Солнцу.

Так наука объясняет многообразные, загадочные явления гало и разоблачает религиозные суеверия. Изучая различные явления, связанные с прохождением света в атмосфере, наши ученые не только дают им научно правильное, материалистическое объяснение, но и используют добытые знания для развития науки. Так, наблюдения венцов, о которых мы рассказывали, помогает определить величину кристалликов льда и капель воды, из которых образуются различные облака. Наблюдения венцов и гало дает также возможность научного предсказания погоды. Так, если появившийся венец постепенно уменьшается, можно ожидать осадки. Увеличения венцов, наоборот, предвещает наступление сухой, ясной погоды.»