Поляризация света синего неба
Степень поляризации голубого неба весьма велика. Это особенно ясно, когда Солнце невысоко. Поляризацию можно наблюдать при помощи николя или, проще, воспользовавшись куском стекла с темным покрытием. Если луч света падает на это стекло под углом 60° к нормали («угол поляризации»), отраженный свет почти полностью поляризован, и колебания в отраженном луче перпендикулярны к плоскости падения.
Посмотрим теперь, как участок неба, расположенный непосредственно над нами, отражается в стекле, которое следует держать приблизительно в 20 см над уровнем наших глаз так, чтобы отражение было возможно ближе к углу поляризации. Если вы будете поворачиваться по азимуту, держа в то же время стекло так, чтобы в нем постоянно отражалась одна и та же точка над вашей головой, вы увидите, что отраженное изображение яркое, когда вы стоите лицом или спиной к Солнцу, и темнее, когда вы стоите под прямым углом к этому направлению. Это означает, что электрические колебания в световом луче, идущем от зенита, располагаются перпендикулярно к плоскости, проходящей через Солнце, зенит и ваш глаз. Это действительно общее правило, когда свет рассеивается мелкими частицами.
Посмотрим теперь на отражение участка неба близ горизонта, продолжая держать стекло так, чтобы углы падения и отражения были равны углу поляризации. Мы увидим изображение ярким со стороны Солнца и со стороны, противоположной Солнцу, и темным в перпендикулярном направлении. То, что изображение ярче со стороны Солнца, не является неожиданным, но в трех остальных направлениях небо без отражающего стекла кажется глазу почти одинаковой яркости, так что наблюдаемое различие в отраженном свете есть всецело эффект поляризации. Небо близ горизонта в стороне, противоположной Солнцу, посылает нам лишь слабо поляризованный свет, в то время как поляризация света от двух других участков неба сильна, и колебания происходят в вертикальной плоскости, т. е. перпендикулярно к плоскости, содержащей Солнце, наблюдаемую точку и наш глаз.
Иногда интересуются, ставит ли сама природа когда-либо для нас такие опыты. Уже отражения неба в спокойной воде достаточно, чтобы отчетливо увидеть более темные области; нужно посмотреть на поверхность воды под углом несколько больше 50°, поворачиваясь ко всем четырем странам света. Когда Солнце низко, вода на севере и на юге будет казаться заметно темнее, чем на востоке и на западе.
По моему личному опыту, этот эксперимент иногда удается, но не часто: как правило, яркость неба неодинакова или поверхность воды недостаточно спокойна.
Более убедительно, что иногда небольшие облака, с трудом различимые в воздухе, можно видеть гораздо отчетливее отраженными в воде, потому что их свет, не будучи поляризованным, ослабляется в меньшей степени, чем поляризованный свет неба. Такой же эффект, естественно, еще более силен, когда небо и облака наблюдаются сквозь николь или отраженными в куске темного стекла. Удобнее всего наблюдать за небольшими облаками на высоте 20—40° на юге или на севере, где свет неба поляризован сильнее всего, когда Солнце стоит низко на западе или на востоке. Направление колебаний почти перпендикулярно к прямой, соединяющей эту часть неба и Солнце, т. е. близко к вертикали, так что в куске стекла, лежащем на столе перед нами, мы видим свет этого участка неба значительно ослабленным и потому маленькие облака выделяются яснее.
Специально для исследования поляризации света неба предназначен полярископ Савара — небольшой прибор, простой и очень чувствительный. Считаясь, однако, с тем, что лишь немногие любители природы обладают этим прибором и что эти наблюдения образуют совершенно отдельную область метеорологической оптики, мы ограничимся указанием некоторой литературы по этому вопросу.
Это чрезвычайно интересное и многостороннее занятие для тех, кто займется этим достаточно серьезно и проведет серию систематических наблюдении.
Поляризацию неба легко наблюдать при помощи николя (или поляроида), вращая его вокруг оси Описанный ниже метод очень чувствителен, но применим лишь в сумерках Выберите звезду, настолько слабую, чтобы она была едва различима, и попытайтесь оценить, не будет ли она видна лучше при одних положениях николя, чем при других Этот метод основан на том же принципе, что и описанный выше метод наблюдения малых облаков Свет звезды не поляризован и чем темнее фон, тем яснее видна звезда, таким образом, изменения видимости указывают на изменение яркости фона, т. е. на поляризацию
По той же причине днем николь увеличивает видимость далеких объектов, если его повернуть так, чтобы он «срезал» свет, рассеянный небом. Далекие белые колонны, маяки, чайки и т. д. яснее выделяются на фоне неба, однако только в ясный день, в пасмурный день свет серого неба поляризован слабее. Действие николя сказывается сильнее в направлении па 90° от Солнца
В Америке поляроид используется для того, чтобы обнаружить лесные пожары Дым не поляризует свет, и пожар можно обнаружить на фоне неба
Исследуйте с вашим темным стеклом поляризацию отдельных точек синего неба и попытайтесь сделать общий обзор. Можно ли наблюдать области необычного направления поляризации под Солнцем так же, как над точкой, противоположной Солнцу. Что произойдет, если отражение синего неба в садовом шаре рассматривать с нашим темным стеклом под утром поляризации.