Не всё так просто, как кажется на первый взгляд

2. ЗИМНЯЯ «РАДУГА»

В школьные каникулы, в самый разгар рождественских морозов, я несколько дней провёл в зимнем спортлагере туристического клуба «Ховрино» в дер. Хвошно, что затерялась среди озёр и болот Тверского края. Погода была великолепная. Стояли ясные безветренные дни с крепким (ниже –25 °С) морозцем и столь же ясные полнолунные ночи. По той причине, что моя дочь никогда не расстаётся со своим четвероногим другом, полукровной овчаркой Ферри, нас поселили отдельно от всего отряда, расположившегося в просторной тёплой избе, куда, увы, собакам доступ был запрещён. Нам выделили баню, тесную и со щелями, но не лишённую некоторых удобств: полати, тишина, свет и, если не полениться протопить с вечера хорошенько печь, даже тепло и относительно комфортно. Лучшего жилья во время кочевого отдыха от приевшегося городского быта трудно и пожелать.

http://www.astronet/ru/db/msg/1198881/halos_seidenfaden.jpg.html

И вот я, пробегая после ужина в школьном отряде от общей избы до персональной бани, как ни спешил (мороз под 30), не мог не полюбоваться на полную луну, заливавшую светом всю округу. Она была потрясающе красива. Я вовсе не лунатик, лунный свет меня не тревожит, не будит по ночам, но здесь, несмотря на морозные уколы, трудно было оторваться от притягивающего лика Селены, окружённого таинственным ореолом. Вокруг крупной, кажущейся намного больше, чем обычно, Луны переливался и искрился серебряный нимб размером 3–4 лунных радиуса. В особо холодные ночи этот сияющий ореол был определённо окрашен: различались дуги бледно-синего, жёлтого и розоватого цветов. Радуга, не столь яркая и насыщенная, как летом, как бы замороженная, но всё же радуга.

Ничего особенного, думал я, просто зимняя радуга в проходящем лунном свете (отражённом солнечном). Как и у нормальной, летней, видны два спектра разложения: внешний и внутренний, с разной последовательностью цветов: от фиолетового к красному для внешнего слоя и от красного к фиолетовому – для внутреннего. Очень красивое, несколько необычное и, наверное, не часто встречающееся явление. Но в целом вполне понятное. Вот только странно, почему оно, это зимнее чудо, окрашивается заметно тогда, когда крепчает мороз, а при слабом – совсем бесцветно, так что его и за радугу признать трудно – просто однотонное серебристое сияние?

В оптике, сознаюсь, не силён. Кроме далёких школьных знаний и небольшого, тоже сильно забытого, запаса из оптического практикума на первом курсе института, никаких прочных сведений в голове. Знаю только, что радуга – давно и полностью объяснённое явление геометрической оптики, связанное с разложением солнечного света при прохождении лучей через капли атмосферной воды или, в моём случае, кристаллов льда. Надо бы обратиться к специалистам. А вдруг?

Попала под руку очень хорошая статья Е.Д.Трифонова «Ещё раз о радуге» в «Соросовском образовательном журнале» (№ 7 за 2000 г.), которая подтвердила, что, действительно, с радугой всё предельно ясно уже почти 400 лет. Явление правильно описал и качественно объяснил Марк Антоний де Доминиса (1611 г.), а великий Рене Декарт (не только философ, но и, как видим, первоклассный физик) дал её полный количественный расчёт (1635 г.). Вот только ответ, на который наталкивает статья, требует привлечения и волновых свойств света. Не всё так просто.

Оказывается, в дело вмешивается ещё и дифракция. Из того, что дифракция проявляется тем сильнее, чем ближе размер объекта к длине волны рассеиваемого света, сразу ясно, что её вмешательство в картину радуги будет возрастать с уменьшением размеров капель (или кристаллов льда). О зимней радуге в статье ничего не говорится, но, мне кажется, все соображения по дифракции могут быть свободно перенесены и на вариант радуги на ледяных кристаллах. Отсюда и простой качественный ответ на вопрос «Почему цвет у зимней радуги появляется только при сильном морозе?» На кристалликах малого размера ( 0,1 мм), что образуются в небольшой мороз, вмешательство дифракции сравнительно велико – смещаются и перепутываются слои разных цветов, и цветная радужная картина размывается и становится почти бесцветной, белой. Только монотонный серебряный ореол вокруг Луны, что часто и наблюдается. Но когда кристаллики с понижением температуры укрупняются ( 1 мм), дифракция практически пропадает – радужная картина не портится, и зимняя радуга окрашивается. Необходимые для этого условия (полная луна, безоблачное небо, сильный мороз) встречаются реже, и поэтому оцвеченная зимняя радуга – столь редкое явление. Наверное, можно было бы подкрепить эти качественные рассуждения более точным расчётом, но я не оптик и, думаю, лучше это сделают специалисты. Ограничусь только предложением послушать людей из северных районов, где цветная зимняя радуга, если приведённое объяснение верно, должна наблюдаться чаще и выглядеть ярче.

Б.И.ЛУЧКОВ,
профессор МИФИ, г. Москва

ОТ РЕДАКЦИИ. Речь здесь идёт не о радуге, а о гало. Механизм его возникновения вследствие преломления света в шестигранных призмах – кристалликах льда, взвешенных в атмосфере, – подробно разбирался в «Физике» №45/2003.