Нимбы на росистых лугах
Ранним утром, когда Солнце еще низко и отбрасывает длинные тени на траву, покрытую росой, мы замечаем удивительный неокрашенный световой ореол, окружающий сверху и сбоку тень нашей головы. Это не оптическая иллюзия и не явление контраста: когда та же самая тень падает на гравиевую дорогу, ореол исчезает.
Явление красивее всего, когда длина тени по крайней мере 15 м и она падает на низкую траву или клевер, серовато-белые от обильной росы. При таких обстоятельствах нимбы очень отчетливы. Они менее четки днем после ливня или ночью в свете ярких электрических ламп. Если возникает сомнение, действительно ли это нимбы, лучший способ проверки:
1. Осмотреть весь луг и заметить, как увеличивается яркость у вашей тени.
2. Сделать несколько шагов: вы увидите, что световое сияние движется вместе с вами и места, где трава не была особенно яркой, освещаются, когда подходит ваша тень.
3. Сравните вашу тень с тенью других людей; вы увидите нимб только вокруг вашей головы. Это может дать повод к некоторым философским заключениям. Когда Бенвенуто Челлини, знаменитый итальянский скульптор XVI в., заметил этот ореол, он решил, что сияние было знаком его собственного гения!
Каково объяснение этого интересного явления? Капли росы определенно играют важную роль, поскольку, когда роса испаряется, нимб практически исчезает; он появляется снова, если траву обрызгать водой.
Наполните сферическую стеклянную колбу водой и поместите ее на солнечный свет; она будет изображать в большом масштабе каплю росы. Держите позади колбы лист бумаги, изображающий лист травы, на котором образуется роса. Посмотрев на колбу по направлению, образующему малый угол с направлением падения лучей, мы увидим ее ярко освещенной, если бумага находится на небольшом расстоянии от нее (близко к фокусу линзы-колбы).
Этот опыт приводит нас к предположению, что каждая капля росы, лежащая на листке травы, образует на этом листке изображение Солнца, и что лучи от изображения идут почти по тому же пути, что и падающие, т. е. в направлении Солнца. Так можно объяснить, почему капли кажутся излучающими свет, подобно глазам кошки. Это объясняет, почему так много света приходите направлении, близком к противосолнечной точке, и почему интенсивность света быстро падает, если посмотреть дальше от нее. Но почему тогда свет от травы не зеленый?
Здесь должны действовать другие причины. Если мы снова посмотрим на нашу колбу, мы увидим, что ее передняя поверхность так же хорошо отражает свет, как и задняя. Простое вычисление показывает, что яркость отражения от задней поверхности составляет примерно половину яркости света, излучаемого листом, и одну восьмую отраженного от передней поверхности.
Однако гораздо более сильный свет, испытавший полное внутреннее отражение, идет от горлышка и плоского дна колбы. И поскольку капли росы имеют, в особенности на покрытых пушком растениях, неправильную форму, очень похоже, что для них это наиболее важный фактор: отраженный свет также ярок и бел, как и свет, идущий от Солнца. Однако эта вторая группа отраженных лучей не показывает определенной склонности к отражению в направлении падающего света.
К счастью было сделано следующее остроумное наблюдение: переизлучают свет только те листья травы, на которые падает прямой свет Солнца, т. е. те, которые со стороны Солнца не заслонены другими листьями; в то же время в других направлениях они в большинстве случаев заслоняются другими листьями. Теперь становится понятным, почему наблюдатель всегда видит больше света, если его взгляд более или менее совпадает с направлением падения света. Этот удивительно простой принцип (выдвинутый Зеелигером и Ричарзом) был применен в астрономии для объяснения распределения света в кольцах Сатурна которые, как известно, состоят из небольших глыб.