Загадкові тіньові смуги під час повного сонячного затемнення

На території Західної Європи ввечері 12 серпня відбудеться сонячне затемнення. Його повна фаза буде видна в Іспанії, Ісландії та Гренландії. Це буде перше повне затемнення у континентальній Європі з 1999 року. У низці інших країн сонячний диск буде закрито більш ніж на половину. В Україні Місяць закриє диск Сонця максимум на 40 – 43% у крайніх західних містах (Львів, Ужгород, Луцьк). На решті території нашої країни його не вдасться спостерігати зовсім, оскільки Сонце вже сховається за лінією горизонту на той час.

Із сонячним затемненням пов'язане незвичайне та дуже рідкісне фізичне явище, яке отримало назву «тіньових смуг» або «тіньових хвиль» (від англ. – Shadow bands). Явище, що виникає приблизно за 1 - 2 хвилини до, та після повної фази сонячного затемнення, тобто коли Місяць ще не повністю закрив сонячний диск, але більша частина цього диска вже перебуває у тіні. У цей короткий проміжок часу на рівних, світлих та однорідних поверхнях (сніг, пісок тощо) видно свого роду мерехтіння, схоже на примарних змій, яке виглядає доволі містично.

Однак, ніякої містики у таких смугах світла та тіні немає. Це наслідок розсіяння сонячного світла у турбулентній атмосфері Землі. Ті ж самі фізичні процеси змушують мерехтіти зірки на нічному небі. Сонце, будучи неточковим джерелом освітлення, зазвичай не мерехтить: світло, що йде від різних ділянок сонячного диску, по-різному розсіюється атмосферою, і поверхня, освітлена відразу від багатьох точок, виглядає рівномірно освітленою. У момент перед повною фазою затемнення, незакритим залишається лише крихітна частина сонячного диска, і Сонце перетворюється на практично точкове джерело, на світло якого починають впливати турбулентні і конвективні рухи повітря в атмосфері Землі, що і призводить до виникнення ефекту тіньових смуг за рахунок хаотичних флуктуацій світлового потоку.

Втім, навіть в останні моменти перед повним затемненням Сонце все ще не повністю точкове джерело світла, тому описаний ефект відносно слабкий. Його помітно найкраще на однорідному світлому фоні без тіней, наприклад, на снігу, як на прикладі нижче, і має посилюватися, коли Сонце під час затемнення перебуває невисоко над горизонтом, адже у такому разі промені світла долатимуть велику товщу атмосфери. Швидке пересування смуг обумовлено зміною повітряних потоків у поєднанні з кутовим рухом Сонця, що проектується на великі висоти.

Крім того, тіньові смуги досить складно зняти на відеокамеру, адже навіть сучасні апарати не дуже чутливі до дрібних швидких рухів з невеликою контрастністю. Оператори, які намагалися зняти тіньові смуги нарікають, що відео не передає захопливе відчуття від того, що відбувається навколо, тому спостерігати подібне явище краще своїми очами, якщо для цього випадають сприятливі умови.

Вперше явище тіньових смуг описав німецький астроном та художник Герман Гольдшмідт у 1820 році, коли спостерігав сонячне затемнення. Майже через два століття потому, у 2008 році, британський астрофізик Стюарт Івз припустив, що тіньові смуги можуть бути наслідком інфразвуку, при якому тінь Місяця рухається з надзвуковою швидкістю і спричиняє ударну хвилю в атмосфері Землі. Втім, ці припущення не підтвердилися експериментально, тому пояснення, пов'язане з турбулентними рухами самої атмосфери, є загальноприйнятим на сьогоднішній день.