Световые столбы над городом: ледяные зеркала в воздухе

Ночью над городом появляются вертикальные полосы: жёлтые, белые, иногда красные. Они стоят почти неподвижно, будто кто-то включил целую батарею направленных в небо прожекторов. Но рядом с землёй может не быть ни одного такого прибора. Достаточно обычных фонарей и подходящего льда в воздухе.

Световые столбы — атмосферный оптический эффект. Их создаёт совокупность отражений на крошечных кристаллах. Сам столб не является раскалённым каналом, разрядом или плотной светящейся колонной вещества.

Как ледяные пластинки собирают вертикаль

В спокойном холодном воздухе плоские кристаллы могут падать с преимущественно горизонтальной ориентацией. Их широкие грани работают как маленькие отражающие поверхности. Наблюдателю приходит свет от тех пластинок, чьи положения удовлетворяют нужной геометрии.

Отражающие частицы распределены по высоте, и множество отдельных бликов сливается в вертикальное изображение. Для глаза возникает связный столб, хотя каждый его участок сформирован своими кристаллами. Это похоже на световую дорожку на воде, только отражатели находятся в воздухе.

National Weather Service отмечает зависимость вида столба от высоты кристаллов, их формы, наклона и расстояния до источника. Поэтому один фонарь при разных условиях не обязан рисовать одинаковую полосу.

Почему столбы бывают разноцветными

Источник света может быть искусственным или естественным. Столбы наблюдают от Солнца, Луны и городского освещения. Во многих ночных случаях цвет в значительной степени связан с цветом самого источника, а не с отдельным свечением атмосферного газа.

Это помогает проверять необычное наблюдение. Если полосы расположены над группами известных огней и повторяют их оттенки, версия ледяных отражений получает опору. Но для уверенного вывода всё равно нужны общий вид и условия погоды.

Рефракция, то есть преломление, также создаёт разнообразные атмосферные гало, однако не все цветные эффекты объясняются одинаково. Световой столб прежде всего связан с отражением. Смешивать его с радугой только потому, что оба явления красивы, не стоит.

Почему столб может будто висеть отдельно

Кристаллы не обязательно заполняют весь промежуток от фонаря до видимой полосы. Подходящий слой может находиться выше, тогда нижняя часть изображения отсутствует. Со стороны получается светящийся отрезок, который как будто не связан с земным источником.

Перспектива добавляет ещё одну неопределённость: фонарь может быть далеко и скрываться за строением или рельефом. Поэтому отсутствие видимого источника прямо под полосой на обрезанном снимке не исключает обычное освещение.

Полезно переместиться по безопасной открытой площадке и снять широкий вид. Оптическая геометрия зависит от точки наблюдения, а взаимное положение полос и наземных ориентиров помогает восстановить картину. Настоящий предмет и изображение от множества отражателей могут вести себя по-разному.

Столб нельзя рассматривать как закреплённый в воздухе светящийся предмет. Для двух наблюдателей подходящий набор отражающих кристаллов будет различаться, как различается солнечная дорожка на воде. Человек перемещается, и геометрия отбора меняется вместе с ним. Поэтому попытка определить «место посадки» по одной вертикальной полосе основана на неверном представлении о самом явлении.

Чем отличается луч прожектора

Прожектор действительно направляет свет в узкий сектор, и воздух с каплями или пылью рассеивает часть этого света к наблюдателю. Для ледяного столба сильный направленный вверх пучок не обязателен: эффект собирается из отражений более обычного источника.

На одной фотографии обе картины могут выглядеть похожими. Следует учитывать множество полос над разными огнями, устойчивость рисунка, морозную обстановку и отсутствие характерного движения прожекторной установки. Одного признака — например, вертикальности — недостаточно.

В зимнем бюллетене NWS приведена схема такого отражения и фотография столбов над Фэрбанксом в ноябре 2020 года. Эти документы удобны тем, что рядом с эффектным видом показывают положение источника, кристаллов и наблюдателя. Геометрическая схема объясняет то, что на снимке кажется материальной колонной.

На длинной выдержке слабые полосы становятся гораздо ярче, чем при непосредственном взгляде. Это нормальное свойство фотографии, но его стоит указывать, если снимок используется как свидетельство необычной интенсивности. Камера накапливает свет, тогда как глаз воспринимает его иначе.

Световые столбы существуют только при совпадении условий. Меняется ветер, ориентация или распределение кристаллов — и город возвращается к обычному виду. Фонари продолжают работать, но ледяная оптика над ними исчезает. Весь огромный световой пейзаж оказывается зависимым от положения частиц, которые с земли почти невозможно рассмотреть по отдельности.