Снежный фонарь, оптическое явление, свет из тьмы
Зимой 2006 года я заметил интересное оптическое явление в виде яркого света, идущего прямо из воздуха. Дело было во время катания на лыжах в горах Австрии, а точнее на горе Пенкен близ городка Маирхофен. В ту зиму были жуткие морозы, но горнолыжники катаются в любую погоду, и в снег, и в туман, когда ничего не видно даже под ногами. А просто холод при ясной погоде, так вообще не проблема. Есть поговорка: "Не бывает плохой погоды, бывает плохая одежда." У тех, кто едет в горы не первый раз, одежда хорошая. И значит нет проблем. Я сфотографиро-вал этот свет из воздуха и поехал дальше. Фотография получилась неплохая, она показана слева в уменьшенном виде. Более крупную можно посмотреть в моем альбоме "Маирхофен, 2006" на Яндекс фотках.
В клубах мне объяснили, что это гало, то есть свет отражают льдинки в воздухе, такие явления мол наблюдаются в самых разных условиях, но обычно в атмосфере, в небе. А тут это было ниже, чем точка наблюдения. Я пожалел, что сделал всего один снимок, но прошлого не вернуть. С тех пор ничего подобного мне наблюдать не удавалось, хотя мы каждый год ездили в горы. Вообще катание на лыжах в горах -- это из разряда тех вещей, ради которых стоит жить. Ради этого стоит зарабатывать деньги и не жалко их потратить, несмотря на то, что все очень недешево. Человек живет хлебом и зрелищами. В горах есть второе, причем в большом количестве, плюс свежий воздух, физкультура и адреналин. Не у всех и не всегда все заканчивается благополучно, но если знать свою меру мастерства и не рисковать, то проблем почти не бывает.
И вот 6 лет спустя в текущем, 2012-ом, году мы поехали во Францию, в Куршевель, захотелось посмотреть это знаменитое место, Австрия немного надоела. Во Франции все немного по другому, дают аппартаменты с кухней и сам себе хозяин: готовишь еду, убираешь жилье, выносишь мусор. Это немного напрягает, но кто уже жил в таких условиях, имеет опыт. Был такой опыт и у меня, так что проблем не было. И вот что интересно, снова было холодно, минус 15, и снова были глубокие долины и блестящий снег. И я опять увидел гало, то есть снежный фонарь. На этот раз я его сфотографировал несколько раз и хорошо понял природу явления.
Справа показана фотография, сделанная в Куршевеле. Я стоял на краю обрыва, так что других людей нет, но важно, чтобы был глубокий обрыв и большое расстояние от глаза, до поверхности земли по лучу зрения. Этот луч соединяет глаз и центр светового пятна. Солнце стояло в небе на определенной высоте, время 2 часа дня, то есть не зенит, но еще и не вечер. Общая ситуация такова: недавно выпало очень много свежего снега, вершина горы, 2500 метров высота, небо чистое, но ветер сдувает с поверхности земли снежинки и они как пар кружат над землей и сверкают. Но только и всего. Оказывается снежинки в воздухе ориентированы почти одинаково и сверкают, только те, для которых лучи от солнца до снежинки и от снежинки до глаза составляют определенный угол. Я не измерял этот угол, но по грубым оценкам он равен 90 градусов. Можно предположить, что все снежинки имеют вид тонкой пленки и они держатся в воздухе плашмя, то есть горизонтально. А боковые грани у них скошены под углом 45 градусов и именно они отражают свет.
Такая жесткая структура снежинок возникает только при холодной погоде. Также при низкой температуре снежинки плохо склеиваются, что приводит к эффекту снежного пара в воздухе над огромными сугробами снега. Ну и ясно, что воздух должен быть чистым. Все эти условия выполнялись как в 2006 году, так и в 2012 году. На первом снимке солнце светило ярко, а свечение было не очень сильным, потому что источник был далеко. Но все равно видно, что склон резко обрезает фонарь. Причины две: фонарь хорошо виден только на фоне темного склона, который далеко, и играет роль длина луча из глаза по чистому воздуху. Если длина мала, то свечения нет. Склон нарушает обе причины. Он создает более яркий фон и уменьшает число источников по ходу луча. На втором снимке свечение было очень ярким и фотоаппарат сделал короткую экспозицию. Все остальное получилось черным. Я чуть высветлил картинку с помощью программы Fast Stone Viewer, но все равно видно, что склон уменьшает область свечения.
На снимке слева, который был сделан в том же месте немного раньше (я сделал этот снимок, спустился вниз и снова поднялся, после чего сделал снимок пока-занный вторым) хорошо видно, что склон обрезает фонарь. В то время было меньше снега и свечение было не таким ярким. Бывали моменты, когда оно становилось совсем слабым. Здесь экспозиция была больше и видно как сверкают отдельные снежинки по всему кадру. Интересно, что сверкают не только те снежинки, которые в воздухе, но и те, которые лежат на поверхности земли. Кстати такой эффект часто можно видеть на поверхности свеже-выпавшего снега, особенно в деревне. Но чтобы увидеть фонарь надо иметь большое пустое пространство и темный фон горного склона в тени. Интересно, что слабое свечение мы видели и на другой день из кабины подъемника просто на фоне склона, не обязательно темного. Просто кабина была высоко в воздухе и длины луча хватило для возникновения эффекта.
Наверно точно так же светят галактики, состоящие из большого числа звезд. Свет отдельной звезды уже невозможно увидеть из-за огромного расстояния, но много звезд по ходу луча усиливают свет. Как это может быть? Ведь если по ходу луча находятся два зеркала, то зеркало, что ближе к наблюдателю, загораживает свет от более дальнего зеркала и по законам геометрической оптики никакого усиления быть не должно. Все дело в том, что геометрическая оптика не всегда справедлива. Есть еще такое явление, как дифракция. Объект не только загораживает свет, он его рассеивает и результатом такого рассеяния может быть усиление света. Кроме того, снежинки -- это фактически лед, а он прозрачен для света, то есть он пропускает свет через себя и добавляет новый за счет отражения. А как у звезд -- не очень ясно. Недавно я узнал, что звезды в результате дифракции могут усиливать свет слабых объектов. Даже есть такое понятие как "просветный луч", который скоро приведет к концу света на нашей планете. Об этом у меня есть другая статья. Но, как говорится, поживем, увидим, а снежный фонарь вот он, смотрите и любуйтесь.
Виктор Кон, 04.02.2012