Загадочные теневые полосы во время полного солнечного затмения

На территории Западной Европы вечером 12 августа произойдёт солнечное затмение. Его полная фаза будет видна в Испании, Исландии и Гренландии. Это будет первое полное затмение в континентальной Европе с 1999 года. В ряде других стран солнечный диск будет закрыт боле чем на половину. В Украине Луна закроет диск Солнца максимум на 40 - 43% в крайних западных городах (Львов, Ужгород). На остальной части территории нашей страны его не получится наблюдать вовсе, поскольку Солнце уже скроется за линией горизонта к тому времени.

Так вот, с солнечным затмением связано необычное и весьма редкое физическое явление, которое получило название «теневых полос» или «теневых волн» (от англ. - Shadow bands). Явление возникающую примерно за 1 – 2 минуты до и после полной фазы солнечного затмения, то есть когда Луна ещё не полностью закрыла солнечный диск, но большая часть этого диска уже находится в тени. В этот короткий промежуток времени на ровных, желательно светлых и однородных поверхностях (снег, песок и т.д.) видна своего рода рябь, похожая не переплетающихся призрачных змей или извивающихся червей.

Однако, никакой мистики в этих полосах света и тени нет. Это следствие рассеяния солнечного света в турбулентной атмосфере Земли. Те же физические процессы заставляют мерцать звёзды на ночном небе. Солнце, являясь неточечным источником освещения, обычно не мерцает: свет, идущий от разных участков солнечного диска, по-разному рассеивается атмосферой, и поверхность, освещённая светом сразу от многих точек, выглядит равномерно и устойчиво освещённой. В момент перед полной фазой затмения, незаслонённым остаётся лишь крошечная часть солнечного диска, и Солнце превращается в практически точечный источник, на свет которого начинают влиять турбулентные и конвективные движения воздуха в атмосфере Земли, что и приводит к возникновению эффекта теневых полос за счёт хаотичных флуктуаций интенсивности светового потока.

Впрочем, даже в самые последние моменты перед полным затмением Солнце всё ещё не полностью точечный источник света, поэтому описанный эффект довольно слаб. Он виден лучше всего на однородном светлом фоне без теней, например, на снегу, как на примере ниже, и должен усиливаться, когда Солнце во время затмения находится невысоко над горизонтом, ведь в таком случае лучи света будут преодолевать большую толщу атмосферы. Быстрое скольжение полос обусловлено изменением воздушных потоков в сочетании с угловым движением Солнца, проецируемым на большие высоты.

Кроме того, теневые полосы достаточно сложно снять на камеру, ведь даже современные аппараты не очень хорошо «схватывают» мелкие быстрые движения с небольшой контрастностью. Операторы, пытавшиеся заснять теневые полосы сетуют, что получившиеся видео редко передают пугающее ощущение от происходящего, так что наблюдать подобное лучше вживую, если для этого складываются благоприятные условия.

Впервые явление теневых полос описал немецкий астроном и художник Герман Гольдшмидт в 1820 году, когда наблюдал солнечное затмение. Спустя практически два столетия, в 2008 году, британский астрофизик Стюарт Ивз предположил, что теневые полосы могут быть следствием инфразвука, при котором тень Луны движется со сверхзвуковой скоростью и вызывает ударную волну в атмосфере Земли. Однако, эти догадки не подтвердились экспериментально, поэтому объяснение, связанное с турбулентными движениями самой атмосферы, является общепринятым на сегодняшний день.