Довольно часто, в то время, когда небо затянуто легкой вуалью перистых туч, около Солнца появляется яркий круг. Внутренний край его, обращенный к Солнцу, очерчен четко и легко окрашен в красноватый цвет, внешний край, более далекий от светила, — более тусклый и как бы размывается на фоне неба в не сильный голубоватое сияние.
Иногда несколько, а два таких круга окружают Солнце. Время от времени яркая полоса проходит через Солнце параллельно горизонту, и тогда на нем, справа и слева от Солнца, появляются два более броских радужных пятна — фальшивые солнца. Иногда бывают видны радужные дуги и пересекающиеся окружности, как будто бы огромным циркулем расчерченные на бело-голубом небосводе.
Эти кольца и светлые дуги именуют гало. Они бывают не только днем, около Солнца, но и ночью, около Луны. Тогда они, пожалуй, еще прекраснее.
Мягкий лунный свет не мешает нам видеть на чёрном фоне ночного неба радужные, как будто бы перламутром отливающие кольца.
Одно из самых прекрасных гало замечал петербургский астролог Т. Ловиц 29 июля (по новому стилю) 1790 года между 7 и 12 часами дня. Это явление было им самим зарисовано в сутки наблюдения, и с того времени оно вошло в науку под его именем.
Солнце было окружено двойным внутренним кругом и беловатым с красной каемкой внешним кругом. Горизонтальный круг возможно было проследить около всего неба, и на нем были не два фальшивых солнца, как в большинстве случаев, а целых пять.
Такое прекрасное и сложное гало, какое видел Ловиц, — явление весьма редкое, но простые формы гало, складывающиеся из 2—3 дуг и кругов, возможно видеть практически всегда, в то время, когда по окончании ясной, хорошей погоды надвигается на небо целой покров узких и полупрозрачных перистых туч.
Возможно, из всех прекрасных явлений на небе мы значительно чаще замечаем гало и, быть может, мало обращаем на него внимания. А в это же время его появление на небе весьма поучительно. В случае, если радуга имела возможность нам поведать кое-что о капельках воды в воздухе, то гало может довольно много поведать о кристаллах льда, тех самых, из которых зарождается дождь и снег, а время от времени крупа и град.
О чем говорит нам гало?
Гало появляется в кристаллах так же, как радуга в каплях. Но все капли имеют однообразную форму шариков, а кристаллы льда, плавающие в воздухе, весьма разнообразны по форме и по размерам. Помимо этого, любой кристалл может занимать самые разные положения.
Лед в воздухе может наблюдаться в самой разнообразной форме — от микроскопических ледяных иголочек до громадных прекрасных ветвистых снежинок, какие конкретно видел любой из нас. Часто эти кристаллы — пластинчатые, в виде плоских узких звездочек, пластинок шестиугольной либо, реже, треугольной формы. Мы легко можем замечать такие снежинки невооруженным глазом — они достаточно громадны, и зимний период их нетрудно разглядеть, к примеру, на чёрной материи пальто. Значительно тяжелее замечать призматические кристаллы льда в виде столбиков либо иголочек; они в большинстве случаев так мелки, что их возможно разглядеть лишь в микроскоп. Вы уже понимаете, что такие небольшие кристаллы значительно чаще появляются в верхних слоях воздуха и из них состоят плавающие на высоте 7—10 километров перистые тучи. Эти ледяные иголочки — шестигранные. Часто они не целые и в них имеются пустоты — с одного либо с обоих финишей. В случае, если этих вакуумов нет и столбик льда целой, то финиши его смогут быть или плоскими, или заканчиваться острыми пирамидками.
Таковой микроскопический столбик — кристалл может, медлительно падая, продолжительно плавать в воздухе. Плавая, он может поворачиваться к Солнцу то боковой собственной гранью, то основанием.
В случае, если солнечный луч упадет на боковую грань столбика, то он преломляется и может выйти через другую боковую же грань (рис. 10, А). Но наряду с этим он ни при каких обстоятельствах не попадает на соседнюю грань, а лишь на противоположную либо соседнюю с противоположной. Если он попадет на противоположную грань, то по окончании второго преломления выйдет из кристалла в прошлом направлении так, как если бы он прошел через плоскую стеклянную пластинку. Попадая (в кристалла) на грань, соседнюю с противоположной, он преломится так, как он преломился бы в призме с углом 60 градусов у вершины.
В случае, если солнечный луч падает на боковую грань, а выходит через основание пластинки (рис. 10, Б), то угол между ними — преломляющий угол — прямой, другими словами равен 90 градусам.
В то время, когда в воздухе находится много кристалликов льда, расположенных в полном беспорядке под самыми разными углами, то лучи Солнца падают на грани этих кристаллов также под разными углами, и тогда смогут быть все случаи преломления, обрисованные выше. Теория, подобная теории радуги, говорит о том, что относительно самое много преломленных лучей выйдет из кристаллов льда под углом 21°34? — в случае, если разглядывать красные лучи, и под углом 22°22? — в случае, если разглядывать фиолетовые лучи. Исходя из этого те кристаллики, каковые будут видны на расстоянии около 22 градусов от Солнца, будут казаться нам яркими: около Солнца покажется яркий круг. Внутренний край этого круга будет окрашен в красноватый цвет, наружный — в голубоватый.
Подобным же образом лучи, вошедшие через боковые грани кристалликов и вышедшие через их основания, как правило будут отклоняться на угол около 46 градусов. Такие преломленные лучи попадут в отечественный глаз лишь от кристалликов, каковые видны в небесном своде на расстоянии 46 градусов от Солнца. Эти сверкающие кристаллики образуют второй — громадный — круг гало.
Эти два гало — два концентрических круга около Солнца (громадной 46 градусов и небольшой 22 градуса) — наблюдаются значительно чаще. Это значит, что кристаллики льда значительно чаще плавают в воздухе совсем непоследовательно и в вертикальном и в наклонном положении. Гало в 46 градусов отмечается пара реже малого гало, другими словами лучи, вошедшие в кристалл через боковую грань, значительно чаще выходят через другую боковую грань, а не через основание. Это значит, что значительно чаще кристаллики имеют вид долгих иголок либо призм. Разумеется, что пластинки либо звездочки в высоких слоях воздуха наблюдаются относительно редко.
Предположим, что все игольчатые кристаллы расположились в воздухе верным образом, к примеру все направлены вертикально. Так смогут падать в воздухе, возможно, кристаллы, у которых один финиш тяжелее другого, — иглы с пустотой в одном финише. Тогда солнечные лучи будут верным образом отражаться от параллельных граней. Мы как бы заметим много отражений от солидного числа мелких вертикальных зеркал, и все эти отражения для отечественного глаза сольются в один горизонтальный круг.
Сходное явление происходит и тогда, в то время, когда в воздухе плавает множество ледяных пластинок либо плоских звездочек и все они падают плашмя. Тогда днем лучи Солнца, а ночью лучи, к примеру, уличных фонарей, отражающиеся от нижней поверхности этих пластинок, образуют вертикальные столбы над Солнцем либо фонарями. Такие вертикальные столбы значительно чаще наблюдаются в очень сильно морозную погоду.
Все эти явления замечал петербургский астролог Ловиц в первой половине 90-ых годов XVIII века; явление, которое он видел, нарисовано на рис. 9.
Проследив, как преломляются и отражаются лучи Солнца в кристаллах льда, возможно растолковать и все другие явления гало. Напротив, замечая гало, возможно сообщить, какие конкретно кристаллы его создают и в каком положении они для этого должны пребывать в воздухе.