Почему во время полного лунного затмения Луна, попав целиком в тень Земли, становится ярко-красной? Почему она не красная при частном лунном затмении, когда тень покрывает, скажем, 50% диска Луны?

ОТВЕТ • Во время полного лунного затмения Луна, казалось бы, вообще не должна быть освещена. Однако солнечный свет, проходя через атмосферу, преломляется в область тени и слабо освещает Луну. Благодаря рассеянию на молекулах воздуха при прохождении теряется синяя область видимого спектра, так что до Луны доходит главным образом свет красной области спектра (рис. 6.8). Какая-то часть этого света отражается от лунной поверхности в направлении наблюдателя, который видит красную луну.

Рис. 6.8 / Задача 6.26. Солнечные лучи теряют синюю составляющую при прохождении через атмосферу Земли.

Во время частного лунного затмения до наблюдателя доходит не только красный свет, отраженный от затененной поверхности Луны, но и гораздо более яркий белый свет, отраженный от остальной части ее поверхности. До тех пор пока Луна не войдет в тень по крайней мере на 70%, глаз не может различить слабый красный свет на фоне яркого белого света. Поэтому попавшая в тень часть Луны кажется просто темной. Сходным образом из-за слишком яркого белого света не удается разглядеть красный свет на начальной и заключительной фазах полного лунного затмения.

Вслед за разрядом молнии в грозовой туче иногда можно заметить струящееся вверх яркое сияние, вырывающееся наружу из верхушки тучи. Такое сияние называют коронной вспышкой. Что это: необычный электрический разряд или своеобразное отражение вспышки молнии?

ОТВЕТ • Коронная вспышка — результат отражения света молнии от плоских гексагональных кристалликов льда. Обычно такие кристаллики-пластинки падают так, что их плоская сторона горизонтальна. Однако после разряда молнии пластинки начинают вибрировать, и некоторые из них на короткое время меняют ориентацию так, что отражают солнечный свет или вспышку молнии в направлении наблюдателя. Почему появляются эти вибрации, неизвестно. Они могут быть связаны или со звуковой волной, возникающей при разряде молнии (это гром, который вы слышите), или с изменением электрического поля заряженных частиц в туче.

Жарким днем вдалеке можно увидеть водоем, но, добравшись до того места, где якобы находилась вода, убедиться, что там сухо. Вода кажется абсолютно реальной, голубой, покрытой мелкой рябью. Это классический оазисный мираж, который можно не только увидеть, но и сфотографировать.

Если смотреть на огни движущейся вдалеке по направлению к вам машины, мираж можно увидеть и ночью. Как раз под тем местом, где виден свет фар, можно также увидеть на дороге полоску света. Если полоска тусклая — это слабое отражение света фар от дороги. Однако если полоска яркая, это, вероятнее всего, мираж фар. Почему возникает такой мираж? Может ли птица, летящая над дорогой, увидеть под собой «дорожный» мираж? Иными словами, может ли птица обмануться и решить, что по дороге течет вода?

ОТВЕТ • На самом деле мираж, создающий иллюзию текущей вдалеке воды, — это изображение части неба над горизонтом в том направлении, в котором человек «видит воду». Земля (или другая поверхность) поглощает солнечный свет, нагревается и разогревает прилежащий воздух. Оазисный мираж может появиться, когда температура воздуха заметно понижается с высотой. Лучи света, идущие от низкого неба на горизонте к земле, проходя через приземный слой воздуха, температура которого непрерывно повышается, на всем пути непрерывно преломляются (изгибаются вверх) и, наконец, отразившись от земли, уходят вверх под небольшим углом относительно земли (рис. 6.9).

Рис. 6.9 / Задача 6.28. Из-за изменения температуры воздуха луч света, идущий от неба на горизонте к земле, искривляется. Наблюдателю кажется, что источник света расположен на земле.

Когда наблюдатель видит этот свет, его мозг автоматически приходит к заключению, что источник света — яркое пятно на земле. Место пятна он определяет, продолжив обратно по прямой увиденный им луч света. Конечно, это яркое пятно — оптическая иллюзия, но она кажется реальной. Более того, если истинный источник света — голубое небо, пятно кажется голубым, как вода. Турбулентные потоки в воздухе могут заметно менять коэффициент преломления. Тогда пятно колеблется, создавая иллюзию волнения воды.

Оазисный мираж можно наблюдать и при холодной погоде, поскольку для его возникновения горячий воздух не обязателен. Необходимо только, чтобы температура воздуха понижалась при увеличении высоты. Часто подобный мираж можно видеть на дороге: большинство дорожных покрытий поглощают солнечный свет и быстро нагревают воздух над дорогой. Обычно мираж лучше видно, если нагнуться к самой земле или смотреть вдаль на дорогу через бинокль.

Отдаленные объекты также могут вызвать мираж, если идущий от них свет преломляется в воздухе вблизи земли. Такие миражи, как и оазисные миражи, называют нижними миражами, поскольку изображение появляется ниже источника света.

Появление миражей ночью связано со слоем нагретого воздуха над дорогой. Дорожное покрытие, нагретое за день солнцем, может оставаться теплым и ночью. Кроме того, его разогревают шины едущих по дороге автомобилей.

Поскольку направление световых лучей меняется мало, летящая птица не может увидеть мираж (иллюзию воды) на дороге под собой. Как и человек, она видит мираж вдалеке, но он непрерывно удаляется от летящей птицы точно так же, как удаляется от вас водный мираж на дороге, по которой вы едете на машине.

Отчетливый мираж можно увидеть, если посмотреть вдоль обращенной к солнцу стены. Встаньте у одного конца стены и приблизьте глаза к ее поверхности, а ваш приятель пусть встанет у другого конца стены. Возможно, вам удастся увидеть внутри стены зеркальное изображение (иногда их бывает даже два) вашего приятеля, которое к нему будто привязано. Я фотографировал такие миражи с помощью длиннофокусного объектива. Лучше всего это получалось, когда я стоял так, что мой объектив был направлен строго вдоль стены.

ОТВЕТ • Мираж в стене имеет ту же природу, что и описанные выше оазисный мираж и мираж на дороге. Только в этом случае слой горячего воздуха располагается вертикально вдоль стены. Часть лучей, отраженных от вашего приятеля, скользит через слой горячего воздуха и, преломляясь, слегка отклоняется от стены (рис. 6.10). Если ваши глаза или камера располагаются достаточно близко к поверхности стены, часть этих лучей вы видите, и у вас создается впечатление, что их источник находится внутри стены.