Самый простой ответ — радуга вокруг солнца. Радуга, которая создается не капельками воды (как обычная радуга), а радуга, которая создается ледяными кристалликами. Наблюдать гало на небе можно в любое время года, ночью и днем, вокруг солнца или луны и даже вокруг фонарей или ламп (последнее возможно только в холодную погоду).
Гало — атмосферное оптическое явление, так же как радуга и северное сияние. Природа этого явления — дисперсия света в кристаллах льда. В отличии от капелек воды (которые отличаются только размером) ледяные кристаллы бывают разной формы и могут летать в воздухе разными способами: парить, вращаться, медленно падать и т.д. Поэтому радуга всегда располагается в одном месте на небе (нужно стать к солнцу спиной, чтобы ее увидеть), а гало бывают разных видов (около сотни).
Теория гало была разработана французским физиком Э. Мариоттом.
Осторожно! физика.
Кристаллы льда в нашей вселенной имеют определенную форму — шестиугольной призмы. Свет может пройти через такой кристаллик напрямую, либо повернув в сторону. Минимальный угол, на который отклоняется луч света — примерно 22 градуса (это следует из геометрии, как ни крути призму, меньший угол не получится, законом преломления и отражения света, оптических свойств льда). Поэтому, если смотреть на солнце через облако с кристалликами льда (см. условия возникновения гало, когда такое может быть), то наблюдатель увидит солнце, окруженное кругом — узкой светящейся радужной (или просто светлой или красно-желтая) полосой на расстоянии 22 градуса (1/8 всего небосвода) от солнца. Этот круг сформирован теми кристалликами, которые были повернуты ровно так, чтобы свет отклонился на минимальный угол. За светлым кругом небо немного светлее, чем внутри — эту засветку создают кристаллы, ориентированные произвольно. В облаке кристалликов очень много, поэтому всегда есть самые различные ориентации и формы.
Такой круг и называется гало (гало = круг, на одном из языков), конкретно 22 градусным гало. Но всего известно около сотни различных видов гало, они отличаются различным путем прохождения света через кристалл, размерами и ориентацией кристалла.
Предлагаю различные способы описания и классификации гало по различным основаниям (признакам)
По расположению на небе:
- гало расположенные близко к солнцу: 22° гало и прилегающие к нему касательные дуги, паргелии, дуги Парри, Ловица, редкие гало пирамидальных кристаллов,световые столбы, эллиптические гало.
- гало на расстоянии 46° и дальше от солнца: большое гало и его касательные дуги, 46 градусные дуги Ловица, зенитная и окологоризонтная дуги, 44° паргелии, 90° гало.
- гало, охватывающие все небо: паргелический круг, солнечная петля, дуга Хастингса.
- гало в противоположной солнцу части неба: 120° паргелии, дуги Вегнера, Гринлера, паргелии Лилеквиста, противосолнце, субсолнечная петля
- отраженные в плоскости горизонта гало(суб гало): субсолнце, субпаргелии и другие суб- гало.
По окрашенности:
- белые гало: светлые, бесцветные, белые дуги и пятна на небе: паргелический круг.
- радужные гало, слабоокрашенные: только красный, оранжевый и белый цвет: 22° гало;
- радужные гало, полноцветные: видны также синий и зеленый цвета: касательные дуги 46° гало, окологоризонтная дуга.
По частоте наблюдения:
- Часто наблюдаемые (несколько раз в год): 22° гало, паргелии (22°), касательные дуги (22°) (верхняя и нижняя касательная дуга, опоясывающее гало), световые столбы, зенитная дуга.
- редкие гало (один раз в год, в несколько лет): 46° гало, 9° гало, касательные дуги (46°), окологоризонтная дуга, паргелический круг, субсолнце
- очень редкие гало (наблюдались всего несколько раз): дуги Ловица.
- не наблюдаемые (предсказанные, но еще ни разу не фотографированные): 46° паргелии.
По удаленности источника света:
- Гало паралельных лучей света (Parallel-light halos, PLH). Это практически все гало от солнца, луны, планет и т.д., так как свет идущий от таких далеких источников можно моделировать параллельными лучами света.
- Гало расходящихся лучей света (Divergent-light halos, DLH). К данному классу относятся гало от близких источников света, от прожекторов, фонарей, ламп и т.д. Для моделирования таких гало приходится учитывать, что в каждую точку пространства луч света попадает по разному (разные углы падения) и, соответственно, отражается по разному. Теория таких гало более сложная, а выглядят они в расходящихся лучах немного не так, как обычно.
По форме и ориентации кристаллов, образующих гало:
- Произвольно ориентированные кристаллы
22° и 46° гало
- Горизонтально ориентированные колоннообразные кристаллы
Другие названия: шестигранные столбики (по форме похожие на карандаши) или ледяные иглы, с хорошо развитой главной осью - световые столбы (некоторые виды)
- касательные дуги (22°)
- паргелический круг (один из способов его образования)
- касательные дуги 46°
- дуга Вегнера
- дуги Гринлера, (Greenler arcs, diffuse arcs, diffuse anthelic arcs A B)
- антгелий
- Дуга Трикера (один из способов образования)
- subheliac arc
- Горизонтально ориентированные плоские призмы
Другие названия: с плохо развитой главной осью, шестигранные пластинки - световые столбы (некоторые виды)
- 22° паргелии
- зенитная и окологоризонтная дуги
- паргелический круг (один из способов его образования)
- субсолнце
- 120° паргелии
- паргелии Лилеквиста (Liljequist parhelia)
- субпаргелии и субпаргелический круг
- субпаргелии Лилеквиста (Liljequist subparhelia)
- superparhelia (artificial light source halo) ???
- "upper subsun pillar" (artificial light source halo) ???
- 44° паргелии
- Ориентация Ловица (плоские вращающиеся пластинки)
- дуги Ловица
- отраженные дуги Ловица (Reflected Lowitz arcs (sub-Lowitz arcs))
- 120° дуги Ловица (Lowitz arcs, 120° parhelic arcs)
- 46° дуги Ловица (= 46° contact arcs)
- Ориентация Парри (горизонтально ориентированные колоннообразные кристаллы с горизонтальными гранями)
- Дуги Парри (22°)
- Дуги Парри (46°)
- дуга Хастингса (Hastings arc, Hastings anthelic arc)
- Дуга Трикера (один из способов образования)
- солнечная петля (heliac arc)
- субсолнечная петля (subheliac arc)
- subantheliac arc (= antisolar arc)
- Случайно ориентированные пирамидальные кристаллы (odd radius halos)
- 9° гало (van Buijsen's halo)
- 18° гало (Rankin's halo)
- 20° гало (Burney's halo)
- 23° гало (Barkow's halo)
- 24° гало (Dutheil's halo)
- 35° гало (Feuillée's halo)
- Ориентированные плоские пирамидальные кристаллы
- 9° паргелии (= 9° plate arcs)
- 18° паргелии (= 18° plate arcs)
- 20° паргелии (= 20° plate arcs)
- 23° паргелии (= 23° plate arcs)
- 24° паргелии (= 24° plate arcs)
- 35° паргелии (= 35° plate arcs)
- odd radius heliac arc (= pyramidal heliac arc)
- Ориентированные колоннообразные пирамидальные кристаллы
- 9° tangent arcs (= 9° column arcs) - аналог опоясывающего гало
- 18° tangent arcs (= 18° column arcs)
- 20° tangent arcs (= 20° column arcs)
- 23° tangent arcs (фотографии отсутствуют пока еще)
- 24° tangent arcs (= 24° column arcs)
- 35° tangent arcs (= 35° column arcs)
Гало, у которых нет достоверной теории
Многие гало пока не объясняются достоверно, существуют различные теории, версии. В таблицу с классификацией эти гало не включены. Эллиптические гало* (elliptical halos), различают по размеру
- 1x
- 2x
- 3x
- 4x
Кольцо Боттлингера (Bottlinger's rings), эллипс вокруг субсолнца, бывает двух размеров
- 1x Bottlinger's ring
- 2x Bottlinger's rings
*Нетипичные кристаллы обозначает то, они не могут быть объяснены обычными шестиугольными или пирамидальными кристаллами льда. Удовлетворительной теории пока нету.
Гало на кубических кристаллах* (Lascar display halos)
- 19° дуги
- 19° lateral arcs
- 19° верхняя дуга
- 19° нижняя дуга
- 28° Гало (? Scheiner's halo)**
- Lascar arcs (28° arcs)
- upper tangent Lascar arc A
- lower tangent Lascar arc
- supralateral Lascar arcs
- infralateral Lascar arcs
- 28° паргелии
- 28° верхний паргелий
* Кубические ледяные кристаллы были предложены для объяснения фотографии в Чили 1997. Это объяснение не достаточно подтверждено и имеет некоторые слабые места, но оно лучшее из всех что есть. Наблюдение 1997 года было уникальным, ничего подобного никогда не описывалось и не встречалось нигде ранее.Достоверно известно только одно: шестиугольными кристаллами его объяснить невозможно.
** 28° гало часто называют "Scheiner's halo", Однако не совсем ясно, что на самом деле наблюдал Scheiner, и это название спорно.
Групповые или сложно определяемые эффекты
Ряд наблюдаемых гало (фрагментов) сложно или даже невозможно разделить, определить из каких видов состоит наблюдение, тогда используются групповые (общие названия). К таким относятся
- ноги паргелия — либо световой столб от паргелия либо Reflected Lowitz arcs,
- рукавицы (рукавички, солнце в рукавичках) — боковая часть малого гало вместе с паргелием
- гало Бугера (Bouguer's Halo) — совместное наблюдение малого гало и туманной радуги.
Необъясняемые гало
- Moilanen arc (= M-arc) — есть несколько различных теорий, которые более-менее точно подтверждаются расчетами.
- 5° гало (= 6° halo)
- 12° гало
- Паргелические вспышки (Parhelia flares)
Поляризация
Поляризация света, исходящего от гало, возникает за счет двух процессов: обычного (френелевского) преломления и двойного лучепреломления в кристаллах. Последнее оказывается определяющим поляризационные характеристики.
По существу, каждая компонента двойного лучепреломления дает свое гало, они смещены друг относительно друга на 0,11°. На внутреннем красном крае видна только одна компонента, и степень ее поляризации полная (100%), а далее в сторону от Солнца поляризация уменьшается из-за наложения второй поляризационной компоненты. На расстоянии 0,5° появляется второй максимум поля поляризации с характером поляризации, обратным первому. Полный максимум поляризации можно видеть только в монохроматическом красном свете, другие цветные максимумы из-за их наложения друг на друга не прослеживаются.
Высокая степень поляризации наблюдается у внутренних краев паргелиев, у касательных дуг, у околозенитной дуги.
Средняя степень поляризации в белом свете у гало 22° около 4%, а у гало 46° около 16%. Этот максимум поляризации можно увидеть визуально, если смотреть через поляризационный фильтр или призму Николя.
