6.105. Яркие царапины и разноцветная паутина

Почему, если смотреть на солнце через окно самолета или здания, на стекле видны яркие царапины, расположенные на концентрических окружностях (рис. 6.39a)? Почему иногда такие царапины кажутся направленной на солнце полоской? Почему обычно царапины не видны, если смотреть не в направлении солнца?

Рис. 6.39 / Задача 6.105. a) Концентрические окружности из ярких царапин на окне, когда лучи солнца прямо падают на окно и когда окно чуть смещено. б) Рассеяние света царапиной. Свет падает на окно снаружи и рассеивается в комнату.

Почему паутина кажется разноцветной, если через нее посмотреть на солнце, и почему ее расцветка меняется, если поменять угол зрения? (Цвета могут быть блеклыми. Их легче заметить, если под паутиной будет что-то темное, но на нее саму должны падать прямые солнечные лучи.)

ОТВЕТ • Только кажется, что царапины располагаются вдоль концентрических окружностей. Обычно стекло на окне покрыто множеством коротеньких, случайно ориентированных царапинок, но только часть из них выглядят яркими, и отсюда возникает оптическая иллюзия. Луч света, рассеянный царапиной, расходится наподобие веера в плоскости, перпендикулярной самой царапине (рис. 6.39б). Чтобы увидеть какую-то определенную царапину, надо видеть раствор соответствующего веера, который имеет небольшой угол раскрыва и ширину, равную длине царапины.

Если царапина оказывается строго слева или справа от солнца, линия взгляда попадет в раствор рассеянного веером света от этой царапины, только если царапина вертикальная. Если же царапина выше или ниже солнца, ее можно увидеть, только если она расположена горизонтально. В общем случае царапина видна, если она расположена вдоль касательной к окружности с центром вокруг того места, где вы видите солнце. Поэтому, когда вы видите большое количество мелких царапинок, создается иллюзия, что на самом деле они расположены на окружностях вокруг солнца. Если где-то имеется скопление царапин, может казаться, что они образуют отходящую от солнца радиальную полоску.

Взгляд попадает внутрь веера рассеянного света, только если царапина находится вблизи того места, где видно солнце. Иначе рассеянный царапиной свет не виден, и царапина незаметна.

Если самолет попадает в столб пепла и дыма, поднявшегося в воздух при извержении вулкана, царапины на оконных стеклах могут привести к экстремальной ситуации. Так, 24 июня 1982 года у британского авиалайнера, пролетавшего над дымящимся вулканом Галунггунг в Индонезии, отказали все четыре двигателя, а поднявшийся в воздух вулканический пепел поцарапал окно кабины пилота. Экипажу с трудом удалось запустить три двигателя, и командир направил борт в Джакарту, где самолет должен был совершить вынужденную посадку в темноте. Однако через поцарапанные окна ничего не было видно. Посадка проходила по командам второго пилота, пытавшегося рассмотреть огни посадочной полосы через две узкие полоски сохранившего прозрачность стекла.

Если подойти близко к паутине и посмотреть через нее на солнце, видишь свет, рассеянный (испытавший дифракцию) на шелковистых нитях и клейких шариках — ловушках, оставленных пауком на некоторых из них. Рассеяние на нити во многом напоминает рассеяние на царапине оконного стекла: рассеянный свет расходится от нити плоским веером. Рассеянный на шарике свет представляет собой расходящийся световой конус. И в том и в другом случае угол, на который расходится рассеянный свет, различен для разных длин волн, а это значит, что при рассеянии возможно разложение белого света на цвета. Если изменить угол зрения, меняются и цвета, которые можно увидеть. Именно за счет того, что углы, на которые отклоняется рассеянный свет разных цветов, различны, царапины на окне могут казаться цветными.