Владельцам ярких фонарей: почему мороз сам по себе не создаёт столб света

Кажется, всё дело в холоде — но при одинаковой температуре светлая полоса появляется не всегда. Да и сам фонарь не направляет свет вертикально вверх.

Механизм

В очень холодном спокойном воздухе у поверхности могут зависать или медленно опускаться кристаллы льда. Их называют алмазной пылью: это крошечные пластинки, столбики или иглы. Для световых столбов особенно важны плоские пластинки.

Падая, они обычно поворачиваются широкими гранями примерно горизонтально. Каждая такая грань работает как маленькое зеркало: отражает часть света фонаря в сторону наблюдателя. Блики от множества кристаллов на разных высотах сливаются в узкую вертикальную полосу. Чем больше отражающих частиц попадает в поле зрения, тем цельнее и заметнее кажется столб.

Но высота полосы может обмануть.

Её видимая длина не показывает, насколько высоко поднимается свет. Перед нами рисунок отражений, который зависит от того, где стоит человек. Из одной точки столб хорошо виден, а из другой почти пропадает. Достаточно сделать несколько шагов в сторону: взаимное расположение наблюдателя, фонаря и кристаллов изменится, и часть бликов перестанет попадать в глаза. Сплошного луча в воздухе нет — есть множество отдельных отражений.

Представьте вытянутую дорожку бликов от Луны или фонаря на воде. Множество отражающих поверхностей складывается для нас в светлую полосу. Со световым столбом происходит нечто похожее, хотя у аналогии есть предел: вода образует сплошную волнистую поверхность, а здесь отдельные кристаллы распределены в объёме воздуха.

Лёд умеет менять путь света по-разному.

Главную роль в появлении столба играет отражение: свет попадает на грань кристалла и от неё направляется к наблюдателю. Преломление тоже меняет путь света во льду, но связано с другими оптическими эффектами — например, цветными гало и ложными солнцами. Для столба важно именно то, чтобы поверхность пластинки отразила свет в вашу сторону.

Источником может быть не только уличный фонарь. Подходящие кристаллы отражают свет городского освещения, Солнца или Луны. И полоса может казаться направленной не только вверх, но и вниз — всё зависит от положения источника и наблюдателя. Привычный образ «луча над фонарём» оказывается лишь одним из вариантов этого зрелища.

Когда столба не будет

Если у земли нет ледяных кристаллов, отражать свет некому. Они появляются не при каждом похолодании, поэтому одинаковая температура ещё не обещает одинаковой картины во дворе. Холод — только часть условий: воздух должен позволить частицам сформироваться и оставаться возле поверхности.

Одной ледяной пыли тоже мало.

Даже при её наличии источник может быть недостаточно ярким, а форма или ориентация кристаллов — неподходящей. Для приземных столбов обычно нужны спокойный холодный воздух и условия, в которых кристаллы сохраняются рядом с землёй. При движении воздуха их положение меняется, и отдельные отражения могут не собраться в различимую полосу. Поэтому яркий фонарь в морозную ночь сам по себе ещё ничего не гарантирует.

Здесь легко спутать совпадение с причиной: мы замечаем столб в мороз и приписываем его самому холоду. Но мороз лишь помогает ледяным кристаллам сформироваться и сохраниться возле земли. Чтобы понять увиденное, одного взгляда на термометр мало: нужны ещё подходящие частицы в воздухе, достаточно яркий свет и такое расположение кристаллов, при котором их блики попадут в глаза.

Светлая полоса над фонарём появляется потому, что множество ледяных кристаллов отражает его свет к наблюдателю. Мороз помогает создать условия для этого, но без подходящих кристаллов столба не будет.

Замечали такие столбы в небе? Какой источник света их создавал?

Читайте также

• Почему ночью небо над городом оранжевое — и почему цвет не выдаёт ни жару, ни пожар
• Почему зимой холодно даже на юге, если Солнце там стоит выше над горизонтом

Понравилась статья — отметьте её лайком. А какой вопрос по теме волнует вас больше всего? Напишите в комментариях: мы читаем всё, интересные предложения обязательно используем в новых материалах.

Больше объяснений обычных вещей — подпишитесь на канал.

#погода #природныеявления #почемуэтотак #наукапростымисловами #интересныефакты