Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами - Дейрменджан Д.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 28. То же, что на рис. 27, но для более узкого распределения водяных капель по размерам. Показана система двойных венцов и глорий. Степень поляризации для примеров, приведенных на этом рисунке и рис. 26 и 27, можно определить по соответствующим таблицам. Модель водяного облака С.4. А 0,45 мкм (Т.70);
— О— ^ 0,70 мкм (Т.71).
На это обстоятельство впервые указано в работах автора [13; 15, стр. 171], в которых использовалась теория Мин облачная модель С.1. Однако экспериментальное подтверждение наблюдений, относящихся к поляризации излучения облачной радуги или глории в естественных водяных облаках, по-видимому, отсутствует.
Указанные выше особенности становятся более заметными по мере того, как распределение облачных капель по размерам сужается
Г л а в а 4. Анализ и применение полученных результатов
125
(см. рис. 27 и 28, соответствующие облачным моделям С.З и С.4). Для обеих моделей наблюдается широкая облачная радуга с угловыми размерами между 140 и 150’. Какое-либо разделение по цвету внутри радуги отсутствует, что согласуется с данными визуальных наблюдений. Однако при этом отмечается положительная поляризация, как это следует из соответствующих таблиц Т.51, Т.52, Т.70 и Т.71. Таблицы показывают также, что в сравнительно плоской области па кривых интенсивности (рис. 27 и 28), расположенной примерно между 150 и 170J, отдельные поляризованные компоненты сильно изменяются. Например, если наблюдать тонкое облако, соответствующее модели рис. 28, через правильно ориентированный поляризационный фильтр, то получается разноцветная радуга с максимумами интенсивности при 0»158° (синяя область спектра) и 0--1640 (красная область спектра). Основная, «белая», облачная радуга будет находиться при 0 — 145". При повороте оси поляризационного фильтра на 90° основная облачная радуга исчезает и образуются «голубая» (0—153 ) и «красная» (0~ 158°) радуги.
На рис. 27 и 28 хорошо заметны «реальные» глории со значительной угловой дисперсией 3—5° в направлении назад. Высокая степень отрицательной поляризации в этой области подтверждается данными соответствующих таблиц. На рис. 28 дополнительно изображена вторичная система глорий с большим радиусом. С другой стороны, совершенно аналогичное поведение кривых интенсивности на рис. 26 в действительности соответствует не настоящей глории, а радуге. Такой вывод сделан па основе указанного выше критерия, определяющего знак поляризации глории и радуги. Большая величина показателя преломления для силикатов (рис. 26), чем для воды, приводит к перемещениям радуг в направлении больших углов рассеяния. Кроме хорошо выраженной облачной радуги (0—150°), рассеяние света водяными каплями, распределенными по размерам согласно модели С.З (рис. 26), приводит к возникновению настоящей цветной глории с радиусом колец 5—9'° (табл. Т.59 и Т.60).
Рассмотренный пример представляет собой прекрасный образец того, как правильно примененная классическая электромагнитная теория Максвелла дала точное объяснение одному из явлений природы, которое не поддается анализу упрощенными методами [ 1, стр. 249—2581.
Для более широкого распределения по размерам облачных капель С.1 значения элементов матрицы рассеяния (табл. Т.35—Т.50) здесь представлены подробнее, чем в ранее опубликованной работе автора [16]. Использование этого распределения не приводит к образованию венцов. Однако появляются облачные радуги и глории. Кривые для интенсивности и Р« указывают на две четко различимые радуги в синей области спектра, расположенные при 0 — 122й и 0---143'\ а также на глорию с радиусом колец 2 и 4° соответственно в синей и красной областях спектра. Этот результат моделирует явление цветной глории, часто наблюдающейся вокруг тени самолета, летящего над высококучевыми облаками.
126
Теория рассеяния света
В модели кучевых облаков С. 1 (табл. Т.35 и Т.36) очень малые угловые размеры ореола в видимой области спектра требуют некоторого пояснения. Этот ореол довольно трудно наблюдать при помощи обычных оптических приборов из-за малой величины угла рассеяния (0<3°) и из-за того, что трудно устранить влияние прямого солнечного излучения. Единственная возможность состоит в использовании инструмента типа коронографа в тот момент, когда тонкий край кучевого облака приближается к Солнцу, образуя хорошо известную «серебристую каемку». Во всяком случае, совершенно очевидно, что чрезвычайно интенсивный ореол, действительно, может существовать, судя но тому, что в диапазоне углов 2°^0^170° наши теоретические данные почти полностью совпадают с детальными нефелометрическими наблюдениями в тумане, выполненными Притчардом и Эллиотом [86].
В связи с этим стоит упомянуть еще об одном интересном явлении, которое можно назвать эффектом фильтрации солнечного излучения. Это явление, довольно распространенное на побережье Калифорнии, наблюдается, когда Солнце закрывается однородной пеленой низких слоистых облаков. Если облако имеет достаточную толщину, можно совершенно отчетливо видеть диск Солнца без ореола на краю, окруженный однородным слоем пониженной яркости. Когда перед Солнцем проходит более топкая часть облака, этот эффект исчезает — диск Солнца размывается появляющимся ореолом. В другие моменты Солнца не видно, но его положение можно по-прежнему определить по ощущению теплового излучения.
