22-градусное и 46-градусное гало образуются, когда солнечный свет проходит через призматические кристаллы в форме шестигранных колонн.
Значительно более редкое и отличающееся более внушительными размерами 46-градусное гало намного бледнее, чем 22-градусное. Если оно и появляется в небе, расстояние между его внутренней границей и солнцем превышает охват двух раскрытых ладоней с совмещенными большими пальцами: не исключено, что именно в такой позе в доисторические времена поклонялись облакам. (Жаль, что гало-эффекты не измеряют, упав на колени, склонив голову и произнося нараспев молитвы.)
Кристаллы, необходимые для возникновения обоих гало, представляют собой шестигранные колонны, похожие на очень короткие незаточенные карандаши. Гало возникают в результате того, что эти карандаши падают вниз случайным образом, а не располагаются под определенным углом, как в случае ОЗД или паргелиев. Хотя гало и можно объяснить подобным образом, никто толком не понимает, почему кристаллы по мере падения не выравниваются за счет сопротивления воздуха. По сути дела, самый распространенный среди гало-феноменов — 22-градусное гало (равно как и 46-градусное) — изучен менее всего. Как и в случае со всеми остальными гало-феноменами, кристаллы должны быть «оптически чистыми», т. е. карандаши должны состоять из прозрачного льда.
Возникновение обоих видов гало обеспечивается одинаковыми кристаллами льда, однако свет проходит через кристаллы по-разному. Гало меньшего размера образуется, когда свет проходит сперва через одну из боковых граней колонны, а потом через другую, расположенную под углом 60° к первой. Чтобы получилось гало большего размера, нужно, чтобы свет прошел через боковую грань и одно из оснований колонны.
Однако у этих миниатюрных ледяных карандашей далеко не всегда ровные основания: чаще они завершаются маленькими конусами. Именно поэтому — а вовсе не потому, что карандаши снабжены крохотными ластиками — 46-градусные гало встречаются реже.
***
ОЗД, «ложные солнца», 22-градусные и 46-градусные гало-всего лишь несколько примеров из целого ряда гало-феноменов, связанных с перисто-слоистыми облаками. Трудно представить, сколько еще таких феноменов прячется в их ледяных рукавах. Даже названия этих явлений звучат весьма экзотично: «верхняя касательная дуга», «паргелический круг», «антелий», «120-градусный паргелий», «дуга Триккера», «дуга Перри», «дуга Гастингса», «дуга Вегенера» и «окологоризонтная дуга».
Распространенность каждого из этих феноменов определяется тем, насколько часто ориентированные определенным образом кристаллы определенного размера и оптической частоты встречаются совместно. Иногда она в значительной степени зависит также от высоты солнца над уровнем моря. Некоторые гало-феномены крайне редки и наблюдаются только в приполярных областях, где кристаллы льда растут медленно и в результате обладают более правильной формой и большей оптической чистотой. А отдельные редки настолько, что их можно отнести к разряду гипотетических: их существование предсказывают компьютерные модели, отображающие прохождение света через гипотетические же кристаллы. Например, сфотографировать керновое гало до сих пор не удалось ни разу.
В приполярных областях причиной возникновения гало-феноменов часто оказываются не облака, а нижнеярусные осадки в виде ледяных кристаллов, именуемые «алмазной пылью». Их можно было бы сравнить с замерзшим туманом, но в действительности кристаллы падают вниз, словно легчайший снег. Они образуются не в облачном покрове, а прямо над землей, когда температура опускается ниже -20 °C. Эта прекрасная сверкающая алмазная пыль Заполярья создает самые впечатляющие и самые масштабные гало-феномены в мире. Во время одной из экспедиций к Северному полюсу в 1999 г. ученым довелось наблюдать из ряда вон выходящее шоу: в небе было одновременно представлено не менее 24 гало-феноменов.
К счастью, нет никакой необходимости отправляться к Северному полюсу, чтобы увидеть обыкновенный «солнечный столб». Эго широкая полоса света, уходящая вверх (а иногда и вниз) от солнца, когда оно низко над горизонтом. Хотя обычно «солнечный столб» относят к гало-феноменам, это явление несколько иной природы, поскольку оно возникает не в результате того, что свет проходит сквозь кристаллы, из которых состоит облако, а в результате отражения от поверхностей кристаллов, колеблющихся в горизонтальной плоскости. Поскольку любой плоский кристалл отражает свет, этот эффект не требует ни оптически чистых призм, ни кристаллов с прозрачными и четко определенными гранями. Однако высокая и мощная колонна возникает только в том случае, если кристаллы подрагивают при падении.
Солнце светит сквозь перисто-слоистые облака до того ярко, что можно понять, почему люди часто не замечают гало-эффектов: они предусмотрительно стараются не смотреть на слепящие солнечные лучи.
Какую бы книгу по небесным оптическим эффектам я ни открыл, везде читателя предостерегают, что нельзя смотреть прямо на солнце. И все же я не встречал ни одного рассерженного наблюдателя за гало, которому пришлось бы прибегнуть к помощи собаки-поводыря. Должно быть, мы эволюционировали так, что изначально не склонны подвергать себя подобным опасностям. Однако же, во избежание дорогостоящих судебных процессов, повторю еще раз: наблюдая за гало-феноменами, следует прикрывать глаза от солнца ладонью или укрываться за деревом, иначе вам больше никогда не придется наблюдать за чем бы то ни было, не говоря уже об облаках.
Конечно же, если гало-феномены, порождаемые перистослоистыми облаками, возникают в лунном свете, что тоже иногда случается, смотреть на них совсем не опасно. Но поскольку свет луны значительно слабее солнечного света, их обычно можно заметить только в полнолуние. Однако даже в этом случае свет недостаточно ярок для того, чтобы мы могли различать разные цвета.
***
Хотя спектральная улыбка перисто-слоистого облака и передается в окрестностях зенита широковещательно, ее послание поймет только истинный любитель облаков. Она шепотом поведает ему о тонкостях устройства облака: о том, какой формы составляющие его крохотные кристаллы и как они ориентированы, когда мягко падают в ледяном воздухе на высоте пяти миль над землей.
Однако кристаллы, из которых состоят верхнеярусные облака наподобие перисто-слоистых, далеко не всегда принимают формы шестиугольных пластин или столбиков, ведущих к возникновению световых эффектов. Нередко, когда перисто-кучевое облако без всяких фанфар проносит по небу свой белесый шлейф, оно состоит из мириад кристаллов другой формы. Может быть, они обладают неправильной формой, различаются по размеру и недостаточно чисты для того, чтобы выступить в роли совершенных маленьких призм, однако и в них облако проявляет свою индивидуальность. Каждый претендует на модность, следуя тенденциям верхнего слоя тропосферы, и всякий новый сезон приносит с собой новую великолепную коллекцию стилей, определяемую температурой и влажностью воздуха, в котором они создаются.
Классический вариант для ледяных кристаллов — это, без сомнения, «звездчатый дендрит». Эта модель состоит из шести одинаковых лучей, расположенных в одной плоскости, и каждый луч разветвляется на множество запуганных фрактальных веточек. Их изображения украшают глянцевые страницы фотоальбомов, посвященных снегу. Одни облака слегка отличаются от других, щеголяя то классическими закрученными, то двенадцативеточными дендритами: атмосферные условия, ведущие к их возникновению, до сих пор остаются загадкой. В особенно пышных облаках звездчатые дендриты достигают 5 мм в диаметре.
Менее изысканны, но не менее изящно симметричны «секторные пластинки» — плоские кусочки льда, тоже наделенные шестью лучами, более короткими и угловатыми по сравнению с дендритами. Кажется, что они высечены из тончайших листов льда, причем каждый кристалл сделан по своему собственному лекалу.
Даже если кристалл имеет форму колонны, он совершенно не обязательно обладает совершенством тех призм, которые ведут к возникновению отчетливых гало-феноменов. У «полых колонн» шесть боковых граней, а кроме того, кажется, что в основаниях этих колонн просверлены крошечные конические углубления, как если бы их обработали мастера первоклассного небесного ателье, используя сложнейшие и тончайшие сверла.
Сверкающие секреты ледяной облачной моды: от тончайших «ледяных игл» до похожих на катушки «столбиков с наконечниками», от классических «звездчатых дендритов» от кутюр до более простонародных с виду «обындевевших» отложений.
Особенно длинные и тонкие колонны называют «ледяными иглами». Когда они кружатся в верхних слоях атмосферы, кажется, будто они упали с колен небесной белошвейки. Иногда они растут сперва в одном направлении, а потом, попадая в область, отличающуюся по влажности и температуре, в другом. В этом случае у них узкий центральный стержень с широкой шестиугольной пластинкой на конце, а называют их «столбиками с наконечниками». Время от времени пластинки образуются на обоих концах центрального стержня, как если бы неловкая белошвейка рассыпала не только иголки, но и катушки.
Сверкающие секреты ледяной облачной моды: от тончайших «ледяных игл» до похожих на катушки «столбиков с наконечниками», от классических «звездчатых дендритов» от кутюр до более простонародных с виду «обындевевших» отложений.
Особенно длинные и тонкие колонны называют «ледяными иглами». Когда они кружатся в верхних слоях атмосферы, кажется, будто они упали с колен небесной белошвейки. Иногда они растут сперва в одном направлении, а потом, попадая в область, отличающуюся по влажности и температуре, в другом. В этом случае у них узкий центральный стержень с широкой шестиугольной пластинкой на конце, а называют их «столбиками с наконечниками». Время от времени пластинки образуются на обоих концах центрального стержня, как если бы неловкая белошвейка рассыпала не только иголки, но и катушки.
Скорость роста кристаллов в облаке зависит от температуры и влажности окружающего воздуха — и, судя по всему, играет решающую роль в установлении их формы. Чем быстрее растет кристалл, тем более сложную и замысловатую форму он обретет.
Как знает всякий деятель моды, секрет стиля — в сочетаниях. По мере того как кристаллы падают вниз и проходят через разные слои воздуха, в их форме могут возникать разные элементы, в результате чего получаются пластинки, столбики или звездчатые дендриты с дополнительными ветвями, растущими под непонятными углами.
Устремляясь к земле и выпадая в виде снега, ледяные кристаллы встречаются по пути с великим разнообразием влажностей и температур и нередко играют свою особую роль в образовании различных облаков. Поэтому неудивительно, что снег часто принимает форму спутанных клубков отдельных кристаллов — именно их обычно называют «снежинками».
Когда кристаллы проходят через облака, состоящие из капель, их форма становится менее правильной: жидкость намерзает на них в виде «инея», огрубляя их лучи или покрывая их накипью, словно дно чайника. Конечно, они начинают выглядеть более простонародно по сравнению с не подвластной времени от кутюр возвышенных чистых кристаллов.
Несмотря на ошеломляющее разнообразие форм кристаллов, каждый сезон в них повторяется одна и та же тема — а именно число шесть. Количество лучей у звездчатых дендритов и секторных пластинок, количество граней у шестиугольных пластинок и колонн… когда речь заходит о кристаллах, именно шесть становится магическим числом. Это связано со строением молекул воды, в соответствии с которым при образовании кристаллов молекулы соединяются в шестиугольные решетчатые структуры — молекулярные соты.
***
Гало-феномены, производимые облаками, которые состоят из кристаллов льда, — не единственный вид оптических эффектов, возникающих при взаимодействии солнечного света и частиц воды, рассеянных в воздухе. Целый ряд оптических эффектов связан не с перисто-слоистыми облаками, а с другими видами облаков. Эти эффекты можно разделить на три группы:
1) Полосы освещенного солнцем воздуха, разделенные тенями от облаков — например, сумеречные лучи; они воспринимаются благодаря рассеиванию света частицами, взвешенными в воздухе.
2) Явления, наподобие известной всем радуги и менее известных «облачной радуги», «белой радуги» и «глорий», которые наблюдаются, когда солнечный свет отражается от капель воды — либо дождевых, либо тех, из которых состоит туман или облако, — и рассеивается ими.
3) Явления вроде «венцов» и «иризации», возникающие в результате того, что солнечный свет проходит через очень мелкие капли или частицы льда, находящиеся между наблюдателем и Солнцем либо Луной.
Сумеречные лучи, относящиеся к первой группе оптических эффектов, — впечатляющие полосы солнечного света, как будто бы исходящие из густого и пышного кучевого облака, заслоняющего солнце.
Однако это не более чем световые лучи, видимые благодаря рассеивающим эффектам взвешенных в воздухе мельчайших водяных капель (и других частиц). Этих капель недостаточно для того, чтобы получилось облако, однако вполне хватает для рассеивания света, в результате которого на фоне затененного неба выступают освещенные солнцем полосы. Сходным образом становятся доступны нашему зрению лучи солнечного света в католическом костеле, где курится ладан, и в дымной атмосфере еще одного места вечернего паломничества — местного бара. Хотя прямые лучи солнца, проходящие через атмосферу, практически параллельны друг другу, по законам линейной перспективы мы воспринимаем их расходящимися.
Сумеречные лучи на барочной фреске в базилике Святого Креста в итальянском городе Амальфи дают понять, что изображенный на фреске голубь — это Святой Дух.
Сумеречные лучи появляются между тенями облаков, когда солнечный свет рассеивается твердыми частицами и каплями воды в атмосфере.
Даже зная, откуда берутся сумеречные лучи, трудно не приписать им божественное происхождение. В эллинистическом и романском искусстве императоры часто изображались в короне из лучей, именуемой «лучистым венцом». Эти лучи символизировали связь императора с богами Солнца — Гелиосом и Солем, а также считались знаком посмертного обретения божественности. В ходе становления христианства этому символу пришло на смену дисковое гало, названное «нимбом»: считалось, что лучи венца слишком уж ассоциируются с язычеством.
Дисковый нимб в христианском искусстве символизировал духовную природу его обладателя вплоть до раннего Возрождения, когда, на фоне общего стремления к натурализму художники стали отказываться от изображения нимба над головой человека.
В итальянском искусстве конца XVI века, что особенно заметно в произведениях Тинторетто, вновь начали появляться вспышки солнечных лучей. Поскольку лучистый венец часто встречается в природе в виде сумеречных лучей, художники сочли его более натуралистичным способом ознаменования божественности персонажа. В эпоху барокко этот символ стал общепринятым и продолжал оставаться таковым впоследствии. И действительно, разве можно не поддаться искушению признать сумеречные лучи божественными? Они исходят из-за облака, как если бы их испускала какая-то недоступная глазу точка в небе — не иначе как место, где обитают боги.
Впервые я увидел сумеречные лучи четырехлетним мальчиком. Мама везла меня в детский сад на заднем сиденье своей легковушки. Я не мог отвести взора от золотых лучей, вырывающихся из-за пышного кучевого облака. Вот тогда-то я впервые в жизни посмотрел прямо на облако — и задался вопросом, что это такое. Именно сумеречные лучи заставили меня задуматься. (Недавно мама рассказала мне, что, глядя вверх на открывшуюся мне картину, я сообщил, что вижу «бесшумные молнии».)
Помимо сумеречных лучей, существуют еще и противосумеречные. Они кажутся исходящими не из солнца, а с противоположной стороны неба — из так называемой «антисолиечной точки». Поэтому, чтобы увидеть их, нужно повернуться к солнцу спиной. Подобно сумеречным лучам, они тоже наблюдаются вследствие различия в оттенках освещенного и затененного воздуха вокруг облака. Те участки неба, куда солнечный свет не попадает и, как следствие, не рассеивается взвешенной в воздухе влагой, кажутся темнее прочих. И вновь, в соответствии с законами перспективы, противосумеречные лучи сходятся и идут на убыль по мере удаления от наблюдателя.
Если же в воздухе недостаточно влаги, и лучей поэтому не разглядеть, одни облака могут отбрасывать тень на другие. Эти тени выглядят как странные темные полосы на слое облаков, более удаленном от солнца. Особенно удивительное зрелище предстает перед наблюдателем тогда, когда солнце низко, и облако, отбрасывающее тень, прячется за горизонтом.
***
Радуга относится к группе оптических эффектов, объясняемых взаимодействием солнечного света с капельками воды — например, с дождевыми каплями диаметром около 1 мм, которые отражают свет в глаза наблюдателю, когда он отворачивается от солнца.
Чаще всего радуга наблюдается одновременно с конвекционными облаками вроде мощных кучевых или кучево-дождевых, представляющих собой не облачные слои, а единичные облака, из которых выпадают осадки. Поскольку облака не примыкают друг к другу вплотную, между ними вполне может пробиться прямой солнечный свет, который и освещает идущий дождь.
Солнечный свет проникает сквозь дождевые капли и, отразившись от их дальней внутренней поверхности, устремляется обратно в направлении солнца. Световые волны разной длины, из которых складывается солнечный свет, по-разному отклоняются, когда проникают внутрь капли и выходят наружу, и благодаря этому отделяются друг от друга. Мы воспринимаем волны разной длины как разные цвета.