Большая книга занимательных фактов в вопросах и ответах - Анатолий Кондрашов

4.102. Что представляет собой радуга?

Радугой мы называем оптическое явление в атмосфере, имеющее вид разноцветной дуги на небесном своде. Наблюдается радуга в тех случаях, когда солнечные лучи освещают завесу дождя, расположенную на противоположной Солнцу стороне неба. Центр дуги радуги находится в направлении прямой, проходящей через солнечный диск и глаз наблюдателя, то есть в точке, противоположной Солнцу. Дуга радуги представляет собой часть круга, описанного вокруг этой точки радиусом в 42 градуса. Последовательность цветов в радуге такая же, как в солнечном спектре, причем обычно по наружному краю располагается красный цвет, по внутреннему – фиолетовый. Со стороны внутреннего края иногда бывают видны вторичные цветовые дуги, примыкающие к главной радуге. Видимая часть дуги определяется положением Солнца: когда оно на горизонте, радуга имеет вид полукруга, с повышением Солнца видимая часть дуги уменьшается, и при высоте Солнца в 42 градуса радуга исчезает. Явление, подобное радуге, можно наблюдать в брызгах фонтанов, водопадов. Возможно появление лунной радуги и радуги от искусственных источников света. Нередко наблюдается вторая радуга с угловым радиусом около 52 градусов и обратным расположением цветов. Радуга с древнейших времен привлекала пристальное внимание человека. В Библии она фигурирует в качестве знамения, данного Богом в знак прощения и примирения с людьми. Английский философ и естествоиспытатель Роджер Бэкон (около 1214–1292) тщательно рассмотрел явление радуги в главном своем сочинении «Большой труд». Он полагал, что цвета радуги представляют собой субъективное явление, вызванное влажностью глаза. Первую теорию радуги дал в 1637 году французский философ и математик Рене Декарт (1596–1650). Более точную теорию разработал в 1836 году английский астроном Джордж Эри (1801–1892). Его теория основана на расчете явлений дифракции и интерференции, сопровождающих встречу солнечных лучей с решеткой, образуемой дождевыми каплями.

4.103. Как запомнить последовательность цветов в спектре солнечного света?

Для этой цели кто-то когда-то придумал очень простую и легко запоминающуюся фразу. В ней каждое слово начинается с той же буквы, что и название соответствующего цвета, а последовательность начальных букв в точности повторяет последовательность цветов в спектре солнечного света: Каждый (К – красный цвет) охотник (О – оранжевый) желает (Ж – желтый) знать (З – зеленый), где (Г – голубой) сидит (С – синий) фазан (Ф – фиолетовый).

4.104. Как впервые обнаружена конечность скорости распространения света?

В 1672 году директор Парижской обсерватории Жан Доминик Кассини (1625–1712), исследуя спутники Юпитера, заметил определенные запаздывания в моментах вхождения одного из них – Ио – в конус тени планеты и выхода из нее, как если бы время обращения спутника вокруг Юпитера было больше, когда он находится дальше от Земли. Это явление никто не мог объяснить, пока его исследованием не занялся датский астроном Олаф Рёмер (1644–1710), который пришел к выводу, что наблюдаемую аномалию движения Ио следует приписать конечности скорости распространения света. В сентябре 1676 года Рёмер предсказал отставание, которое должно наблюдаться при предстоящем затмении Ио в ноябре. Убедившись в правильности прогноза, он представил свою теорию Парижской академии наук, где она встретила сильное сопротивление. Даже Кассини, который сам принимал участие в наблюдениях, снял с себя ответственность за выводы Рёмера. Окончательно подтвердил теорию Рёмера английский астроном Джеймс Бредли (1693–1762), когда он, пытаясь определить параллакс некоторых звезд, в 1725 году обнаружил, что в своей кульминации они кажутся отклоненными к югу. Наблюдения, продолжавшиеся до 1728 года, показали, что в течение года эти звезды как бы описывают эллипс. Бредли интерпретировал это явление как результат сложения скорости света, идущего от звезды, со скоростью орбитального движения Земли. Хотя земные измерения скорости света были проведены лишь в следующем столетии, после Бредли конечность скорости распространения света была единодушно принята как опытный факт.

4.105. Как велика скорость света в вакууме?

Скорость распространения электромагнитных волн (в том числе световых) в свободном пространстве (вакууме) является одной из фундаментальных физических постоянных. Ее огромная роль в современной физике определяется тем, что скорость света представляет собой предельную скорость распространения любых физических воздействий и не изменяется при переходе от одной системы отсчета к другой. Никакие сигналы не могут быть переданы со скоростью, большей скорости света. Величина скорости света связывает массу и полную энергию материального тела; через нее выражаются преобразования координат, скоростей и времени при изменении системы отсчета; она входит во многие другие соотношения. По современным данным, скорость света в вакууме равна 299 792 458 метрам в секунду.

4.106. Какие цвета называют дополнительными?

Дополнительными называют такие цвета, которые при смешении (сложении) составляющих их излучений образуют цвет, воспринимаемый глазом как белый. Излучения, составляющие дополнительные цвета, могут иметь самые различные спектральные составы – от монохроматических до излучений со сплошным спектром. Чтобы получить два пучка света (со сплошным спектром), отвечающих дополнительным цветам, достаточно пропустить пучок белого света (например, солнечного) через непоглощающее светоделительное зеркало, которое сильно отражает одну часть спектра и пропускает другую часть спектра, которая будет иметь дополнительный к первой цвет. В качестве примера дополнительных цветов можно привести следующие: для красного – синевато-зеленый, для оранжево-красного – голубовато-зеленый, для желтого – синий, для зелено-желтого – фиолетовый.

4.107. В чем сущность оптического эффекта под названием «зеленый луч»?

Зеленым лучом называют вспышку зеленого света над диском Солнца при его заходе, наблюдаемую в течение нескольких секунд, когда верхний край солнечного диска исчезает за горизонтом. Происхождение зеленого луча связано с рефракцией солнечных лучей в атмосфере. Поскольку атмосфера в нижних слоях плотнее, чем в верхних, лучи света, проходя через нее, искривляются и разлагаются на основные цвета, так как преломление красных лучей несколько меньше, чем зеленых и голубых; при этом угол преломления лучей увеличивается по мере приближения светила к горизонту. При спокойном состоянии атмосферы «растягивание» спектра от верхнего (фиолетового) до нижнего (красного) края достигает 30 угловых секунд. На длинном пути солнечных лучей сквозь нижние слои атмосферы большая часть желтых и оранжевых лучей поглощается водяным паром и молекулами кислорода, фиолетовые и голубые значительно ослабляются вследствие рассеяния, так что остаются главным образом зеленые и красные лучи. Это приводит к тому, что видны два солнечных диска, зеленый и красный, в большей части, но не полностью перекрывающие друг друга. Поэтому в последний момент перед полным исчезновением солнечного диска, когда его красное изображение оказывается под горизонтом, короткое время виден верхний край зеленого изображения. Зеленый луч наблюдается лишь при очень прозрачном воздухе, чаще всего на морском горизонте. Иногда, если воздух очень чист, виден и голубой луч. Зеленый луч может возникать и при восходе Солнца.

4.108. Кто изобрел зрительную трубу?

В 1608 году один из учеников Ганса Липперши, голландского мастера по изготовлению очков, развлекаясь в свободное от работы время, стал рассматривать предметы через две линзы, расположенные одна за другой. Он очень удивился, обнаружив, что предметы, находившиеся на некотором расстоянии, выглядели так, будто были у него на ладони. Ученик рассказал об этом хозяину, и Липперши изготовил первую зрительную трубу, поместив в трубке на соответствующем расстоянии друг от друга две линзы. Принц Мауриций Нассау, командовавший голландскими вооруженными силами, понял, что этот инструмент можно применять в военных целях, и приказал держать его в секрете. Однако слухи об изобретении приспособления, позволяющего хорошо рассмотреть отдаленный предметы, все же распространились. Среди тех, до кого дошли эти слухи, был великий физик, механик и астроном Галилео Галилей. Зная лишь то, что в загадочном приспособлении используются линзы, Галилей сумел самостоятельно разобраться в принципе его действия. В 1609 году он собственноручно собрал свою зрительную трубу, значительно более совершенную, чем изготовленная Липперши. Проведя с помощью зрительной трубы множество наблюдений земных объектов в самых разнообразных условиях и убедившись в достоверности получаемой с ее помощью информации, Галилей обратил ее к небу и тем самым превратил зрительную трубу в телескоп – важнейший инструмент науки нового времени.