Полоса́ Алекса́ндра (тёмная полоса Александра, Александрова полоса, Александрова область) — атмосферное оптическое явление, наблюдающееся совместно с радугами первого и второго порядков и представляющее собой тёмную полосу неба, располагающуюся между ними. Возникает из-за различий в угловых распределениях интенсивности света, рассеиваемого каплями воды при одно- и двукратном внутреннем отражении в них. Своё наименование получила по имени древнегреческого философа Александра Афродисийского, впервые описавшего её в 200 году нашей эры.
Светящаяся дуга обычной радуги формируется в результате преломления и отражения солнечного света капельками воды, находящимися в атмосфере, а разноцветная окраска радуги возникает из-за различия значений показателя преломления воды для излучений с различными длинами волн (различным цветом), составляющими солнечный свет. Те же физические механизмы лежат и в основе образования полосы Александра.
Однократное отражение — радуга первого порядка
Лучи, составляющие параллельный пучок света, входя в каплю воды, претерпевают преломление, затем отражаются от поверхности капли и, снова претерпев преломление, выходят из капли наружу. Лучи вне капли распространяются в различных направлениях, при этом максимальный угол, на который выходящие из капли лучи отклоняются от направления на солнце, составляет 42,1°. Тем самым, вышедшие из капли лучи заполняют собой конус, заключённый между крайними лучами, расположенными под углом 42,1° к оси конусаВезде указаны значения углов, соответствующие среднему для диапазона видимого света значению показателя преломления воды, равному 1,333..
Важно отметить, что наибольшую интенсивность имеют крайние лучи, то есть те, которые формируют образующую светового конуса, а интенсивность всех остальных лучей существенно меньше. Результатом этого является то, что наблюдатель, глядя на небо, видит яркий свет от всех тех капель, что находятся от него в направлениях, составляющих угол 42,1° с направлением первоначального распространения света. Именно этот свет и воспринимается, как видимая радуга первого порядка (первичная радуга).
Как следует из рисунка, со всех направлений, располагающихся под меньшими углами, к наблюдателю также поступает свет, рассеянный каплями. Меньшим углам соответствует та часть неба, что находится внутри радуги, поэтому эта часть воспринимается наблюдателем, как светящаяся (или освещённая). Однако в силу малой интенсивности поступающего таким образом света свечение воспринимается наблюдателем, как слабое.
С другой стороны, из представленной на рисунке схемы распространения световых лучей видно, что от капель, располагающихся под углом, превосходящим 42,1°, свет к наблюдателю не поступает вовсе. Таким образом, из сказанного следует, что внешняя по отношению к радуге часть неба представляется наблюдателю более тёмной, чем внутренняя.
Двукратное отражение — радуга второго порядка
Распределение направлений распространения лучей, претерпевших в капле двукратное отражение, имеет существенно иной характер, чем в случае однократного отражения. Теперь диапазон их направлений гораздо больше, чем в предыдущем случае. Важно обратить внимание на то, что лучи, рассеянные каплями в результате двукратного отражения, распространяются в тех направлениях, в которых при однократном отражении они не рассеиваются.
В связи с этим обратим также внимание на то, что смысл предельного угла 50,9°, указанного на рисунке, отличается от смысла угла 42,1°, приведённого ранее. Действительно, при однократном отражении угол 42,1° является максимальным углом, на который выходящие из капли лучи отклоняются от направления на солнце, а при двукратном отражении угол 50,9° — это минимальный угол отклонения лучей от того же направления. Существенно также, что между 42,1° и 50,9° находится диапазон направлений (шириной 50,9° − 42,1° ≈ 9°), в котором рассеянного света нет ни при одно-, ни при двукратном отражении.
Так же, как и в предыдущем случае, крайние лучи имеют наибольшую интенсивность. Эти лучи, направленные под углом 50,9° к направлению от капли на солнце, и формируют радугу второго порядка (вторичную радугу).
Из рисунка видно, что до наблюдателя доходит свет и со всех тех направлений, которые образуют угол больший, чем 50,9°, а свет, рассеянный под меньшими углами, к наблюдателю не поступает. Иначе говоря, в отличие от случая однократных отражений, в результате двукратных отражений светится внешняя по отношению к вторичной радуге часть неба, а внутренняя область при этом свечения не испускает.
Таким образом, получается, что в результате одно- и двукратных отражений света в каплях воды относительно светлыми оказываются те области неба, которые расположены внутри первичной и снаружи вторичной радуг, а область между ними остаётся тёмной. Данная область, имеющая вид дуги с угловой шириной около 9°, и представляет собой полосу Александра.
Примечания
Категория:Атмосферные оптические явления Категория:Природные явления