Почему солнечные лучи кажутся веером, если на самом деле идут почти параллельно

Коротко

Чистый воздух почти не рассеивает видимый свет в сторону наших глаз
Капли, льдинки, пыльца и пыль рассеивают часть света к наблюдателю
Веер создаёт перспектива: параллельные полосы сходятся к Солнцу
Полосы заметны благодаря контрасту света и теней от облаков
Одного просвета в облаках недостаточно для яркого узора

Вы сможете объяснить ребёнку этот небесный узор простыми словами.

Кажется, достаточно разрыва в облаках, чтобы увидеть такой веер. Но просветы бывают, а светлые полосы появляются не всегда.

Почему видны сами лучи

Чистый воздух почти не рассеивает видимый свет в сторону наших глаз. Поэтому прямой солнечный луч обычно не выглядит светящейся полосой: мы видим освещённые предметы, но не путь света между ними. Чтобы заметить этот путь, свет должен от чего-то отразиться или рассеяться и попасть к нам.

Капли воды, кристаллики льда, пыльца и пыль рассеивают часть света в разные стороны. Рассеянный свет доходит до наблюдателя, и участок пространства кажется светлым. Соседний участок, куда солнечный свет не попал, выглядит темнее: по этой границе глаз различает полосу.

Сам путь света обычно скрыт от нас.

Вспомните пыль в полосе света из окна. Пыль не создаёт свет, а помогает увидеть его путь. Но аналогия не полная: атмосферные частицы очень малы, и по отдельности мы их не различаем. Мы воспринимаем не сами капли или пылинки, а множество рассеянных ими бликов. Светлая полоса в небе кажется цельной, хотя видимой её делают эти крошечные частицы.

Пыль делает путь солнечного света видимым

Откуда берётся веер

Облака закрывают одни участки солнечного света, а разрывы между ними пропускают другие. Рядом появляются полосы освещённого воздуха и тени. Если в воздухе хватает рассеивающих частиц, полосы хорошо видны на фоне облаков или дымки. Светлая полоса показывает, где солнечный свет проходит через воздух, а тёмная — где облако заслонило его.

Но откуда берётся само расхождение?

Параллельные полосы будто сходятся у Солнца. Так же на рисунке сходятся вдали параллельные рельсы, хотя расстояние между ними не меняется. Это перспектива: вблизи линии кажутся разнесёнными, а по мере удаления их видимое расстояние сокращается. Сам луч веер не создаёт — меняется то, как мы видим полосы света и тени.

Когда Солнце стоит низко, тени от облаков тянутся далеко и занимают большую часть неба. Длинные полосы света и тени легче заметить, поэтому осенью такой рисунок бывает особенно выразительным. Если смотреть на небо с другого места, узор может выглядеть иначе: меняется положение наблюдателя относительно облаков и полос.

Что влияет на видимость полос

Контраст — различие между светлыми и тёмными участками — зависит от состояния атмосферы и положения наблюдателя. Полосы бывают яркими и чёткими или едва заметными. На их вид влияют количество частиц, облачность, направление света и фон. Дымка может сделать освещённый воздух заметнее, тогда как равномерно светлое небо ослабляет различие между полосами и тенями.

Одного просвета в облаках недостаточно.

Облако, закрывшее Солнце, само по себе не обязательно создаёт видимые лучи. Если воздух чистый или свет рассеянный, полосы могут не появиться, даже когда в облаках есть просветы. Поэтому заранее понять, увидим ли мы веер, по одному разрыву нельзя: важны и освещение, и то, что находится между Солнцем и наблюдателем.

Наблюдая небо, проверьте:

Солнце скрывается за краем облака или светит в просвет между облаками.
Рядом чередуются светлые и теневые участки.
На фоне есть дымка или туман, которые делают полосы заметнее.

Эти признаки помогают связать видимую полосу с солнечным светом: у неё есть просвет в облаках, а рядом — участки тени. При этом даже подходящее положение облака ещё не обещает яркого узора.

Где объяснение не работает

Не всякая полоса на небе — солнечный луч. Следы самолётов, тонкие облака и другие атмосферные явления могут выглядеть похоже, но возникают по другим причинам. Чтобы различить их, посмотрите, связана ли светлая полоса с просветом в облаках и продолжается ли рядом чередование света и тени.

Самое удивительное в этом веере — свет в его полосах сохраняет почти одинаковое направление. Видимое расхождение не означает, что лучи действительно расходятся: как и параллельные рельсы вдали, они выглядят иначе из-за положения наблюдателя.

Итак, полосы видны благодаря частицам, рассеивающим солнечный свет к нашим глазам, и теням от облаков. А веером почти параллельные полосы кажутся из-за перспективы.

Почему же облака иногда становятся золотыми на закате?