Rozmanitost optických jevů v atmosféře je způsobena z různých důvodů. Mezi nejčastější jevy patří blesky a velmi malebné severní a jižní polární záře. Kromě toho zaujme především duha, halo, parhelium (falešné slunce) a oblouky, koróna, hala a Brockenovi duchové, fata morgány, oheň svatého Elma, svítící mraky, zelené a soumrakové paprsky. Duha je nejkrásnější atmosférický jev. Obvykle se jedná o obrovský oblouk skládající se z vícebarevných pruhů, pozorovaný, když Slunce osvětluje pouze část oblohy a vzduch je nasycen kapkami vody, například během deště. Vícebarevné oblouky jsou uspořádány ve spektrální sekvenci (červená, oranžová, žlutá, zelená, modrá, indigová, fialová), ale barvy nejsou téměř nikdy čisté, protože se pruhy navzájem překrývají. Fyzikální vlastnosti duh se zpravidla výrazně liší, a proto vzhled jsou velmi rozmanité. Jejich společný rys je, že střed oblouku je vždy umístěn na přímce vedené od Slunce k pozorovateli. lávová duha je oblouk skládající se z nejvíce světlé barvy- červená zvenku a fialová zevnitř. Někdy je vidět pouze jeden oblouk, ale často s mimo Hlavní duha se objeví jako vedlejší. Nemá tak jasné barvy jako první a červené a fialové pruhy v něm mění místa: červený je umístěn s uvnitř.

Vznik hlavní duhy se vysvětluje dvojitým lomem a jediným vnitřním odrazem slunečních paprsků. Paprsek světla pronikající dovnitř kapky vody (A) se láme a rozkládá, jako by procházel hranolem. Poté se dostane na opačný povrch kapky, odrazí se od ní a kapku nechá venku. V tomto případě se světelný paprsek láme podruhé, než se dostane k pozorovateli. Původní bílý paprsek se rozloží na paprsky různé barvy s úhlem divergence 2?. Při vzniku sekundární duhy dochází k dvojímu lomu a dvojímu odrazu slunečních paprsků. V tomto případě se světlo láme, proniká do kapky její spodní částí a odráží se od ní vnitřní povrch kapky nejprve v bodě B, poté v bodě C. V bodě D se světlo láme a kapka opouští směrem k pozorovateli. Když déšť nebo sprška vytvoří duhu, plného optického efektu se dosáhne kombinovaným účinkem všech kapiček vody procházejících povrchem duhového kužele s pozorovatelem na vrcholu. Role každé kapky je pomíjivá. Povrch duhového kužele se skládá z několika vrstev. Když je rychle překročíte a projdete řadou kritických bodů, každá kapka okamžitě rozloží sluneční paprsek na celé spektrum v přesně definované sekvenci – od červené po fialová . Mnoho kapek protíná povrch kužele stejným způsobem, takže duha se pozorovateli jeví jako souvislá podél i přes jeho oblouk. Svatozáře jsou bílé nebo duhové světelné oblouky a kruhy kolem disku Slunce nebo Měsíce. Vznikají v důsledku lomu nebo odrazu světla ledovými nebo sněhovými krystaly v atmosféře. Krystaly, které tvoří halo, jsou umístěny na povrchu pomyslného kužele s osou směřující od pozorovatele (od vrcholu kužele) ke Slunci. Atmosféra může být za určitých podmínek nasycena malými krystaly, z nichž mnohé tvoří pravý úhel s rovinou procházející Sluncem, pozorovatelem a těmito krystaly. Takové tváře odrážejí přicházející světelné paprsky s odchylkou 22° a vytvářejí halo, které je uvnitř načervenalé, ale může sestávat i ze všech barev spektra. Méně obvyklé je halo s úhlovým poloměrem 46°, umístěné soustředně kolem 22° halo. Jeho vnitřní strana má také načervenalý nádech. Důvodem je také lom světla, ke kterému v tomto případě dochází na hranách krystalů svírajících pravé úhly. Šířka prstence takové svatozáře přesahuje 2,5?. Jak 46stupňové, tak 22stupňové halo bývají nejjasnější v horní a spodní části prstence. Vzácné 90stupňové halo je slabě svítící, téměř bezbarvý prstenec, který sdílí společný střed se dvěma dalšími halo. Pokud je barevný, bude mít na vnější straně prstenu červenou barvu. Mechanismus, kterým se tento typ halo objevuje, není zcela objasněn. Parhelia a oblouky. Parhelický kruh (neboli kruh falešných sluncí) je bílý prstenec se středem v zenitovém bodě, procházející Sluncem rovnoběžně s obzorem. Důvodem jeho vzniku je odraz slunečního světla od okrajů povrchů ledových krystalků. Pokud jsou krystaly dostatečně rovnoměrně rozmístěny ve vzduchu, stane se viditelným úplný kruh. Parhelia neboli nepravá slunce jsou jasně svítivé skvrny připomínající Slunce, které se tvoří v průsečících parhelické kružnice s halo o úhlových poloměrech 22?, 46? a 90?. Nejčastěji se vyskytující a nejjasnější parhelium se tvoří v průsečíku s 22stupňovým halem, obvykle zbarveným téměř každou barvou duhy. Mnohem méně často jsou pozorována falešná slunce na křižovatkách s 46- a 90stupňovým halem. Parhelia, která se vyskytují na křižovatkách s 90stupňovými halo, se nazývají paranthelia nebo falešná protislunce. Někdy je vidět i antelium (protislunce) - světlá skvrna umístěná na parheliovém prstenci přesně naproti Slunci. Předpokládá se, že příčinou tohoto jevu je dvojitý vnitřní odraz slunečního světla. Odražený paprsek sleduje stejnou dráhu jako paprsek dopadající, ale v opačném směru. Oblouk v blízkosti zenitu, někdy nesprávně nazývaný horní tečný oblouk 46stupňového halo, je oblouk 90? nebo méně, se středem v zenitovém bodě, který se nachází přibližně 46° nad Sluncem. Je zřídka viditelný a pouze na několik minut, má jasné barvy, s červenou barvou omezenou na vnější stranu oblouku. Oblouk v blízkosti zenitu je pozoruhodný svou barvou, jasem a jasnými obrysy. Dalším zajímavým a velmi vzácným optickým efektem typu halo je Lowitzův oblouk. Vznikají jako pokračování parhelia v průsečíku s 22stupňovým halem, vybíhají z vnější strany hala a jsou mírně konkávní směrem ke Slunci. Sloupce bělavého světla, jako různé kříže, jsou někdy viditelné za svítání nebo za soumraku, zejména v polárních oblastech, a mohou doprovázet Slunce i Měsíc. Občas jsou pozorována lunární halo a další efekty podobné těm, které jsou popsány výše, přičemž nejběžnější měsíční halo (kruh kolem Měsíce) má úhlový poloměr 22?. Stejně jako falešná slunce mohou vznikat falešné měsíce. Koróny nebo koruny jsou malé soustředné barevné prstence kolem Slunce, Měsíce nebo jiných jasných objektů, které jsou čas od času pozorovány, když je zdroj světla za průsvitnými mraky. Poloměr koróny je menší než poloměr halo a je cca. 1-5?, modrý nebo fialový prstenec je nejblíže Slunci. Koróna nastává, když je světlo rozptýleno malými kapičkami vody a tvoří mrak. Někdy se koróna jeví jako svítící skvrna (nebo halo) obklopující Slunce (nebo Měsíc), která končí načervenalým prstencem. V jiných případech jsou mimo halo viditelné alespoň dva soustředné prstence většího průměru, velmi slabě zbarvené. Tento jev je doprovázen duhovými mraky. Někdy mají okraje velmi vysokých mraků jasné barvy. Gloria (svatozář). Za zvláštních podmínek neobvyklé atmosférické jevy. Pokud je Slunce za pozorovatelem a jeho stín se promítá na blízké mraky nebo clonu mlhy, za určitého stavu atmosféry kolem stínu hlavy člověka můžete vidět barevný světelný kruh - halo. Typicky se takové halo vytváří v důsledku odrazu světla od kapek rosy na travnatém trávníku. Glorias se také poměrně často nacházejí kolem stínu vrženého letadlem na pod nimi ležící mraky. Ghosts of Brocken. V některých oblastech zeměkoule, když stín pozorovatele nacházejícího se na kopci při východu nebo západu slunce za ním dopadne na mraky umístěné na krátkou vzdálenost, objeví se pozoruhodný efekt: stín nabývá kolosálních rozměrů. K tomu dochází v důsledku odrazu a lomu světla drobnými kapičkami vody v mlze. Popisovaný jev se nazývá „Ghost of Brocken“ podle vrcholu v pohoří Harz v Německu. Mirage jsou optický efekt způsobený lomem světla při průchodu vrstvami vzduchu různé hustoty a vyjádřený ve vzhledu virtuálního obrazu. V tomto případě se vzdálené objekty mohou jevit jako zvednuté nebo snížené vzhledem ke své skutečné poloze a mohou být také zkreslené a nabývat nepravidelných fantastických tvarů. Mirages jsou často pozorovány v horkém podnebí, například nad písečnými pláněmi. Podřadné přeludy jsou běžné, když jsou vzdálené, téměř rovný povrch Poušť nabývá vzhledu otevřené vody, zvláště pokud se na ni díváte z malé nadmořské výšky nebo se jednoduše nachází nad vrstvou ohřátého vzduchu. Tato iluze se obvykle vyskytuje na vyhřáté asfaltové silnici, která daleko před námi vypadá jako vodní plocha. Ve skutečnosti je tento povrch odrazem oblohy. Pod úrovní očí se v této „vodě“ mohou objevit předměty, obvykle hlavou dolů. Nad vyhřívaným povrchem země se tvoří „vzduch“. vrstvený dort“, a vrstva nejblíže k zemi je nejžhavější a je tak řídká, že světelné vlny procházející přes ni jsou zkreslené, protože rychlost jejich šíření se mění v závislosti na hustotě prostředí. Horní fatamorgány jsou méně časté a malebnější než ty spodní. Vzdálené objekty (často umístěné za mořským horizontem) se na obloze objevují vzhůru nohama a někdy se nahoře objeví i vzpřímený obraz stejného objektu. Tento jev je typický v chladných oblastech, zejména při výrazné teplotní inverzi, kdy je nad chladnější vrstvou teplejší vrstva vzduchu. Tento optický efekt se projevuje jako výsledek složitých vzorců šíření čela světelných vln ve vrstvách vzduchu s nehomogenní hustotou. Zvláště v polárních oblastech se čas od času vyskytují velmi neobvyklé fatamorgány. Když se fatamorgány objeví na souši, stromy a další krajinné složky jsou vzhůru nohama. Ve všech případech jsou předměty v horních fata morgánech viditelné jasněji než ve spodních. Když je hranice dvou vzduchových hmot svislá rovina, někdy jsou pozorovány postranní přeludy. Oheň svatého Elma. Některé optické jevy v atmosféře (například záře a nejčastější meteorologický jev – blesky) jsou elektrické povahy. Mnohem méně běžná jsou světla sv. Elma - svítící bleděmodré nebo fialové štětce o délce od 30 cm do 1 m nebo více, obvykle na vrcholcích stěžňů nebo na koncích nádvoří lodí na moři. Někdy se zdá, že celá takeláž lodi je pokryta fosforem a září. St. Elmo's Fire se někdy objevuje na vrcholcích hor, stejně jako na věžích a ostrých rozích vysokých budov. Tento jev představuje kartáčové elektrické výboje na koncích elektrických vodičů, když se napětí v atmosféře kolem nich výrazně zvyšuje elektrické pole. Will-o'-the-wisps jsou slabá namodralá nebo nazelenalá záře, která je někdy pozorována v bažinách, hřbitovech a kryptách. Často vypadají jako plamen svíčky zvednutý asi 30 cm nad zemí, tiše hoří, nevydává žádné teplo a chvíli se vznášel nad předmětem. Světlo se zdá být zcela nepolapitelné, a když se pozorovatel přiblíží, zdá se, že se přesune na jiné místo. Důvodem tohoto jevu je rozklad organických zbytků a samovznícení bažinného plynu metanu (CH 4) nebo fosfinu (PH 3). Will-o'-the-wisps mají různé tvary, někdy dokonce kulovité. Zelený paprsek - záblesk smaragdově zeleného slunečního světla v okamžiku, kdy poslední paprsek Slunce zmizí za obzorem. Červená složka slunečního světla zmizí jako první, všechny ostatní následují v pořadí a poslední zůstává smaragdově zelená. K tomuto jevu dochází pouze tehdy, když nad obzorem zůstane pouze samotný okraj slunečního disku, jinak dochází ke směsi barev. Soumračné paprsky jsou rozbíhavé paprsky slunečního světla, které se stávají viditelnými díky jejich osvětlení prachem ve vysokých vrstvách atmosféry. Stíny mraků tvoří tmavé pruhy a mezi nimi se šíří paprsky. Tento efekt nastává, když je Slunce nízko nad obzorem před úsvitem nebo po západu slunce.

V dávných dobách přeludy, polární záře, tajemná zářící světla a kulové blesky děsily pověrčivé lidi. Dnes se vědcům podařilo odhalit jejich tajemství záhadné jevy pochopit povahu jejich výskytu.

Jevy spojené s odrazem slunečního světla

Každý mnohokrát viděl, jak se po dešti nebo v blízkosti rozbouřeného vodního toku na obloze objeví barevný most - duha. Duha vděčí za své barvy slunečním paprskům a kapičkám vlhkosti zavěšeným ve vzduchu. Když světlo dopadne na kapku vody, zdá se, že se rozdělí na různé barvy. Ve většině případů kapka odráží světlo pouze jednou, ale někdy se světlo odráží od kapky dvakrát. Pak se na nebi mihnou dvě duhy.

Mnoho cestovatelů v poušti bylo svědkem dalšího atmosférického jevu, fata morgánu. Uprostřed pouště se objevila oáza s palmami, po obloze se pohybovala karavana nebo loď. K tomu dochází, když horký vzduch stoupá nad povrch. Jeho hustota začíná s výškou narůstat. Potom je obraz vzdáleného předmětu vidět nad jeho skutečnou polohou.

V mrazivém počasí se kolem Slunce a Lupusu objevují výrazné kruhy halo. Vznikají, když je světlo odráženo ledovými krystaly, které jsou poměrně vysoko v atmosféře, jako jsou cirry. Uvnitř může mít svatozář jasnou barvu a načervenalý odstín. Ledové krystaly se někdy odrážejí tak bizarně sluneční světlože se na obloze objevují další iluze: dvě slunce, vertikální sloupy světla nebo sluneční oblouky. Kolem Slunce a Měsíce se někdy tvoří halo – koruny. Koruny vypadají jako několik kroužků vnořených do sebe. Vyskytují se v oblacích altocumulus a altostratus. Kolem stínu vrženého například letadlem na pod nimi ležící mraky se může objevit barevná koruna.

Jevy související s elektřinou

Drobné částice z vesmíru často padají do horních vrstev. Díky jejich srážce s částicemi plynů a prachu se objevuje polární záře - záře oblohy se záblesky v polárních šířkách severní a jižní polokoule. Tvary a barvy polární záře jsou rozmanité. Jeho trvání se může pohybovat od desítek minut až po několik dní.

Kapky a ledové krystaly pohybující se v oblacích cumulonimbus akumulují elektrické náboje. To způsobí, že se mezi mraky nebo mezi mrakem a zemí objeví obří jiskra – blesk, který je doprovázen hřměním. Akumulací elektřiny v atmosféře se někdy vytvoří svítící koule o průměru desítek centimetrů – to je kulový blesk. Pohybuje se pohybem vzduchu a při kontaktu s jednotlivými předměty, zejména kovovými, může explodovat. Po proniknutí do domu se kulový blesk rychle pohybuje místností a zanechává za sebou spálená místa. Kulový blesk může způsobit vážné popáleniny a smrt. Přesné vysvětlení podstaty tohoto jevu zatím neexistuje.

Dalším fenoménem spojeným s elektrickou září atmosféry je oheň svatého Elma. Tuto záři lze pozorovat v bouřkách na vysokých věžích věží a také kolem stožárů lodí. Vyděsilo to pověrčivé námořníky, kteří to považovali za špatné znamení.

Připravil student 11. třídy „B“

Lukjaněnko Anastasia

Optické jevy v atmosféře

Mirages

Existují tři třídy přeludů. První třídou jsou nižší fatamorgány. S tímto typem fata morgány, spodní část pouště, tzn. malý proužek písku se opticky promění v jakési jezírko. To lze vidět, pokud je to úroveň nad tímto pásmem. Takové fatamorgány jsou nejčastější. Druhým typem fata morgány jsou vynikající fata morgány. Jedná se o vzácnější jev a také méně malebný. Vynikající fata morgány se objevují na velké vzdálenosti a ve velkých výškách nad obzorem. Třetí třída fata morgánů se vzpírá jakémukoli vysvětlení a po mnoho let si vědci lámali hlavu nad řešením této záhady.

Jaký je důvod výskytu tak úžasných jevů? Děje se tak díky úžasným hrám světla a vzduchu. Zde je návod, jak to pochopit. Když je teplota vzduchu poměrně vysoká a na povrchu Země je vyšší než ve vyšších vrstvách, příznivé podmínky pro výskyt fata morgánů. Hustota vzduchu se s rostoucí teplotou snižuje a naopak. A jak víte, čím hustší vzduch, tím lépe láme světlo. Paprsky dopadající z oblohy mají modré spektrum a některé z nich se lámou, jiné dosáhnou lidského zraku a tvoří celkový obraz viditelné oblohy. Ta část paprsků, která se láme, dopadá na zem před člověkem a lámouc se na jeho povrchu také dopadá do zorného pole člověka. Tyto paprsky vidíme v modrém spektru, proto se zdá, že je před námi modrá vodní plocha. Tento dojem umocňuje ohřátý vzduch kmitající před námi.

Pokud se nad hladinou moře objeví fata morgána, vše se stane přesně naopak. Dole, nad hladinou vody, je teplota vzduchu nižší a s výškou vyšší. Touto souhrou okolností vznikají horní fatamorgány, při kterých pozorujeme obraz toho či onoho objektu na obloze.

Duha.

Duha je krásný nebeský úkaz, který vždy přitahoval lidskou pozornost. V dřívějších dobách, kdy lidé o světě kolem sebe věděli ještě velmi málo, byla duha považována za „nebeské znamení“. Takže staří Řekové si mysleli, že sto duh je úsměv bohyně Iris. Duha je pozorována ve směru opačném ke Slunci, na pozadí dešťových mraků nebo deště. Vícebarevný oblouk se obvykle nachází ve vzdálenosti 1-2 km od pozorovatele, někdy jej lze pozorovat ve vzdálenosti 2-3 m na pozadí vodních kapek tvořených fontánami nebo vodními sprškami. Duha má sedm základních barev, které plynule přecházejí z jedné do druhé.

Parhelia.

„Parhelium“ v překladu z řečtiny znamená „falešné slunce“. Toto je forma halo na obloze, kde je pozorován jeden nebo více dalších snímků Slunce, které se nacházejí ve stejné výšce nad obzorem jako skutečné Slunce. Miliony ledových krystalů s vertikální povrch, odrážející Slunce a tvořící tento krásný jev.

Parhelia lze pozorovat za klidného počasí s nízkou polohou Slunce, kdy je ve vzduchu umístěn značný počet hranolů tak, že jejich hlavní osy jsou svislé, a hranoly pomalu klesají jako malé padáky. V tomto případě nejjasnější lomené světlo vstupuje do oka pod úhlem 220 od svisle umístěných tváří a vytváří svislé sloupy na obou stranách Slunce podél obzoru. Tyto sloupy mohou být na některých místech obzvláště jasné a vyvolávat dojem falešného Slunce.

polární záře

Jedním z nejkrásnějších optických jevů přírody je polární záře. Je nemožné vyjádřit slovy krásu polárních září, duhových, blikajících, planoucích na pozadí tmavé noční oblohy v polárních šířkách.

Ve většině případů mají polární záře zelený nebo modrozelený odstín s občasnými skvrnami nebo okrajem růžové nebo červené.

Polární záře je viditelná z vesmíru. A není to jen viditelné, ale viditelné mnohem lépe než z povrchu Země, protože ve vesmíru nezasahuje do pozorování polární záře ani slunce, ani mraky, ani zkreslující vliv nižších hustých vrstev atmosféry. Podle astronauta z oběžné dráhy ISS polární záře vypadají jako obrovské zelené neustále se pohybující améby.

Polární záře může trvat dny. Nebo třeba jen pár desítek minut.

Polární záři lze pozorovat nejen na Zemi. Předpokládá se, že i atmosféry jiných planet (například Venuše) mají schopnost generovat polární záře. Povaha polárních září na Jupiteru a Saturnu je podle nejnovějších vědeckých údajů podobná povaze jejich pozemských protějšků.

Člověk se neustále setkává se světelnými jevy. Vše, co je spojeno se vznikem světla, jeho šířením a interakcí s hmotou, se nazývá světelné jevy. Živé příklady optickými jevy mohou být: duha po dešti, blesk při bouřce, třpyt hvězd na noční obloze, hra světla v proudu vody, proměnlivost oceánu a oblohy a mnoho dalších.

Školáci dostávají vědecké vysvětlení fyzikálních jevů a optické příklady v 7. třídě, kdy začínají studovat fyziku. Pro mnohé se optika stane nejfascinující a nejtajemnější částí školního učiva fyziky.

Co vidí člověk?

Lidské oči jsou navrženy tak, že mohou vnímat pouze barvy duhy. Dnes je již známo, že spektrum duhy není omezeno na červenou na jedné straně a fialovou na druhé. Po červené přichází infračervené, po fialové ultrafialové. Mnoho zvířat a hmyzu je schopno tyto barvy vidět, ale lidé bohužel ne. Ale člověk může vytvořit zařízení, která přijímají a vysílají světelné vlny vhodné délky.

Lom paprsků

Viditelné světlo je duha barev a světla bílý, například slunečný, je jednoduchou kombinací těchto barev. Pokud hranol umístíte do paprsku jasného bílého světla, rozpadne se na barvy nebo vlnové délky, ze kterých se skládá. Nejprve se objeví červená s delší vlnovou délkou, poté oranžová, žlutá, zelená, modrá a nakonec fialová, která má ve viditelném světle nejkratší vlnovou délku.

Pokud vezmete další hranol, abyste zachytili světlo duhy a otočíte jej vzhůru nohama, spojí všechny barvy do bílé. Ve fyzice je mnoho příkladů optických jevů; pojďme se podívat na některé z nich.

Proč je nebe modré?

Mladí rodiče jsou často zmateni těmi nejjednoduššími, na první pohled, otázkami jejich malých proč. Někdy je na ně nejtěžší odpovědět. Téměř všechny příklady optických jevů v přírodě dokáže moderní věda vysvětlit.

Sluneční světlo, které osvětluje oblohu během dne, je bílé, což teoreticky znamená, že obloha by měla být také jasně bílá. Aby vypadal modře, jsou nutné některé procesy se světlem, které prochází zemskou atmosférou. Co se stane: Část světla projde volným prostorem mezi molekulami plynu v atmosféře, dosáhne zemského povrchu a zůstane stejně bílé barvy, jako když začalo. Sluneční záření ale naráží na molekuly plynu, které jsou stejně jako kyslík absorbovány a následně rozptylovány do všech směrů.

Atomy v molekulách plynu jsou aktivovány světlem, které absorbují, a opět emitují fotony světla ve vlnových délkách od červené po fialovou. Část světla tedy směřuje k Zemi, zbytek je poslán zpět ke Slunci. Jas vyzařovaného světla závisí na barvě. Na každý foton červeného světla se uvolní osm fotonů modrého světla. Modré světlo je tedy osmkrát jasnější než červené. Intenzivní modré světlo je vyzařováno ze všech směrů z miliard molekul plynu a zasahuje naše oči.

Vícebarevný oblouk

Kdysi si lidé mysleli, že duhy jsou znamení, která jim seslali bohové. Krásné pestrobarevné stuhy se totiž vždy z ničeho nic objeví na obloze a pak stejně záhadně zmizí. Dnes víme, že duha je jedním z příkladů optických jevů ve fyzice, ale nepřestáváme ji obdivovat pokaždé, když ji spatříme na obloze. Zajímavostí je, že každý pozorovatel vidí jinou duhu, kterou vytvářejí paprsky světla vycházející za ním a z kapek deště před ním.

Z čeho jsou vyrobeny duhy?

Recept na tyto optické jevy v přírodě je jednoduchý: kapky vody ve vzduchu, světlo a pozorovatel. Nestačí ale, aby se slunce objevilo, když prší. Měl by být nízký a pozorovatel by měl stát tak, aby bylo slunce za ním, a dívat se na místo, kde prší nebo právě pršelo.

Sluneční paprsek přicházející ze vzdáleného vesmíru zachytí dešťovou kapku. Dešťová kapka, která působí jako hranol, láme každou barvu skrytou v bílém světle. Když tedy bílý paprsek projde dešťovou kapkou, najednou se rozdělí na nádherné různobarevné paprsky. Uvnitř kapky narazí na její vnitřní stěnu, která působí jako zrcadlo a paprsky se odrážejí stejným směrem, odkud do kapky vstoupily.

Konečným výsledkem je, že oči vidí duhu barev klenoucí se po obloze – světlo se ohýbalo a odráželo miliony drobných kapek deště. Mohou se chovat jako malé hranoly, rozdělující bílé světlo na spektrum barev. Ale déšť není vždy nutný k tomu, abychom viděli duhu. Světlo se také může lámat mlhou nebo mořskými výpary.

Jakou barvu má voda?

Odpověď je zřejmá – voda je modrá. Pokud nalijete čistou vodu do sklenice, každý uvidí její průhlednost. Je to proto, že ve sklenici je příliš málo vody a barva je příliš bledá, než aby byla vidět.

Při plnění velké skleněné nádoby můžete vidět přirozený modrý odstín vody. Jeho barva závisí na tom, jak molekuly vody absorbují nebo odrážejí světlo. Bílé světlo je tvořeno duhou barev a molekuly vody absorbují většinu barev červeného až zeleného spektra, které jimi procházejí. A modrá část se odráží zpět. Takže vidíme modrý.

Východy a západy slunce

I to jsou příklady optických jevů, které lidé pozorují každý den. Slunce při východu a západu směřuje své paprsky šikmo do místa, kde se nachází pozorovatel. Mají delší dráhu, než když je slunce za zenitem.

Vrstvy vzduchu nad zemským povrchem často obsahují množství prachu nebo mikroskopických částic vlhkosti. Sluneční paprsky procházejí šikmo k povrchu a jsou filtrovány. Červené paprsky mají nejdelší vlnovou délku záření, a proto snadněji pronikají k zemi než modré paprsky, které mají krátké vlny, které se odrážejí od částic prachu a vody. Člověk proto během ranního a večerního svítání pozoruje jen část slunečních paprsků, které dopadají na zem, a to červené.

Světelná show planety

Typická polární záře je barevné zobrazení světla na noční obloze, které lze každou noc vidět na severním pólu. Obrovské pruhy modrozeleného světla s oranžovými a červenými skvrnami, které se mění v bizarní tvary, někdy dosahují více než 160 km na šířku a mohou dosahovat délky 1 600 km.

Jak vysvětlit tento optický jev, který je tak úchvatnou podívanou? Polární záře se objevují na Zemi, ale jsou způsobeny procesy probíhajícími na vzdáleném Slunci.

jak to všechno jde?

Slunce je obrovská koule plynu složená převážně z atomů vodíku a helia. Všechny kolem nich obíhají protony s kladným nábojem a elektrony se záporným nábojem. Ve formě se do prostoru neustále šíří halo horkého plynu sluneční vítr. Tento nesčetný počet protonů a elektronů se řítí rychlostí 1000 km za sekundu.

Když částice slunečního větru dosáhnou Země, jsou přitahovány silným magnetické pole planety. Země je obří magnet s magnetickými liniemi, které se sbíhají na severním a jižním pólu. Přitahované částice proudí podél těchto neviditelných čar v blízkosti pólů a srážejí se s atomy dusíku a kyslíku, které tvoří zemskou atmosféru.

Některé zemské atomy ztrácejí své elektrony, jiné jsou nabity novou energií. Po srážce s protony a elektrony ze Slunce uvolňují fotony světla. Například dusík, který ztratil elektrony, přitahuje fialové a modré světlo, zatímco nabitý dusík svítí tmavě červeně. Nabitý kyslík vydává zelené a červené světlo. Nabité částice tedy způsobují, že se vzduch třpytí v mnoha barvách. Tohle je polární záře.

Mirages

Okamžitě by mělo být zjištěno, že fata morgány nejsou výplodem lidské fantazie, lze je dokonce fotografovat, jsou to téměř mystické příklady optických fyzikálních jevů.

Existuje mnoho důkazů o pozorování přeludů, ale věda může poskytnout vědecké vysvětlení tohoto zázraku. Mohou být jednoduché jako vodní plocha mezi horkým pískem, nebo mohou být úžasně složité a vytvářejí vize sloupových visutých hradů nebo fregat. Všechny tyto příklady optických jevů vznikají hrou světla a vzduchu.

Světelné vlny se ohýbají, když procházejí nejprve teplým a poté studeným vzduchem. Horký vzduchřidší než studený, takže jeho molekuly jsou aktivnější a rozptylují se na delší vzdálenosti. S klesající teplotou klesá i pohyb molekul.

Vize viděné čočkami zemské atmosféry mohou být značně změněny, stlačeny, expandovány nebo převráceny. Světelné paprsky se totiž při průchodu teplým a následně studeným vzduchem ohýbají a naopak. A ty obrazy, které s sebou proud světla nese, například obloha, se mohou odrážet na horkém písku a působit jako kus vody, který se vždy při přiblížení vzdaluje.

Nejčastěji lze fata morgány pozorovat na velké vzdálenosti: v pouštích, mořích a oceánech, kde jsou horké a studené vrstvy vzduchu s různé hustoty. Právě průchod různými teplotními vrstvami může zkroutit světelnou vlnu a nakonec vyústit ve vize, která je odrazem něčeho a je fantazií prezentována jako skutečný fenomén.

Svatozář

Pro většinu optických klamů, které lze pozorovat pouhým okem, je vysvětlením lom slunečního světla v atmosféře. Jedním z nejneobvyklejších příkladů optických jevů je sluneční halo. Halo je v podstatě duha kolem Slunce. Od obyčejné duhy se však liší jak vzhledem, tak svými vlastnostmi.

Tento fenomén má mnoho odrůd, z nichž každá je krásná svým vlastním způsobem. Ale aby došlo k jakémukoli typu optické iluze, jsou nutné určité podmínky.

Na obloze se objeví halo, když se shoduje několik faktorů. Nejčastěji je to vidět v mrazivém počasí, kdy vysoká vlhkost. Ve vzduchu je velké množství ledových krystalků. Když si jimi prochází, sluneční světlo se láme tak, že tvoří oblouk kolem Slunce.

A i když poslední 3 příklady optických jevů lze snadno vysvětlit moderní věda, pro běžného pozorovatele zůstávají často mystické a záhadné.

Po prozkoumání hlavních příkladů optických jevů můžeme s jistotou věřit, že mnohé z nich může moderní věda vysvětlit, navzdory jejich mystice a tajemství. Ale vědci mají před sebou ještě spoustu objevů, vodítek k tajemným jevům, které se vyskytují na planetě Zemi i mimo ni.

Atmosféra naší planety je poměrně zajímavý optický systém, jehož index lomu klesá s výškou v důsledku poklesu hustoty vzduchu. Tedy, zemskou atmosféru lze považovat za „čočku“ gigantické velikosti, která opakuje tvar Země a má monotónně se měnící index lomu.

Tato okolnost vede ke vzniku celku řada optických jevů v atmosféře, způsobené lomem (lomem) a odrazem (odrazem) paprsků v něm.

Podívejme se na některé z nejvýznamnějších optických jevů v atmosféře.

Atmosférický lom

Atmosférický lom- fenomén zakřivení světelné paprsky při průchodu světla atmosférou.

S výškou hustota vzduchu (a tedy i index lomu) klesá. Představme si, že atmosféra se skládá z opticky homogenních horizontálních vrstev, jejichž index lomu se vrstva od vrstvy mění (obr. 299).

Rýže. 299. Změna indexu lomu v zemské atmosféře

Když se světelný paprsek šíří v takovém systému, v souladu se zákonem lomu, bude „přitlačen“ kolmo k hranici vrstvy. Hustota atmosféry ale neklesá náhle, ale plynule, což vede k hladkému zakřivení a rotaci paprsku při průchodu atmosférou o úhel α.

V důsledku atmosférického lomu vidíme Měsíc, Slunce a další hvězdy o něco výše, než kde ve skutečnosti jsou.

Ze stejného důvodu se prodlužuje délka dne (v našich zeměpisných šířkách o 10-12 minut) a zmenšují se disky Měsíce a Slunce na obzoru. Zajímavostí je, že maximální úhel lomu je 35“ (pro objekty blízko horizontu), což přesahuje viditelné úhlová velikost Slunce (32").

Z této skutečnosti vyplývá: ve chvíli, kdy vidíme, že se spodní okraj hvězdy dotkl linie horizontu, ve skutečnosti je sluneční kotouč již pod horizontem (obr. 300).

Rýže. 300. Atmosférický lom paprsků při západu slunce

Blikající hvězdy

Blikající hvězdy souvisí také s astronomickým lomem světla. Již dlouho se uvádí, že blikání je nejpatrnější u hvězd nacházejících se blízko obzoru. Proudy vzduchu v atmosféře mění v průběhu času hustotu vzduchu, což vede ke zdánlivému blikání nebeského tělesa. Astronauti na oběžné dráze žádné blikání nepozorují.

Mirages

V horkých pouštních nebo stepních oblastech a v polárních oblastech vede silné zahřívání nebo ochlazování vzduchu v blízkosti zemského povrchu ke vzniku fata morgány: Díky zakřivení paprsků se objekty, které se ve skutečnosti nacházejí daleko za horizontem, zviditelní a zdají se blízko.

Někdy podobný jev volal pozemská refrakce. Výskyt fata morgánů se vysvětluje závislostí indexu lomu vzduchu na teplotě. Existují nižší a vyšší přeludy.

Podřadné zázraky lze vidět v horkém letním dni na dobře vyhřáté asfaltové silnici: zdá se nám, že před námi jsou louže, které tam ve skutečnosti nejsou. V tomto případě považujeme za „louže“ zrcadlový odraz paprsků od nestejnoměrně zahřátých vrstev vzduchu umístěných v těsné blízkosti „horkého“ asfaltu.

Horní přeludy Vyznačují se významnou rozmanitostí: v některých případech dávají přímý obraz (obr. 301, a), v jiných - převrácený obraz (obr. 301, b), mohou být dvojité a dokonce i trojité. Tyto vlastnosti jsou spojeny s různými závislostmi teploty vzduchu a indexu lomu na nadmořské výšce.

Rýže. 301. Vznik přeludů: a - přímá přelud; b - obrácená fata morgána

Duha

Atmosférické srážky vedou ke vzniku spektakulárních optických jevů v atmosféře. Za deště je tedy útvar úžasným a nezapomenutelným pohledem duhy, což je vysvětleno jevem různého lomu (disperze) a odrazu slunečních paprsků na nejmenších kapičkách v atmosféře (obr. 302).

Rýže. 302. Vznik duhy

Ve zvláště úspěšných případech můžeme vidět několik duh najednou, pořadí barev je obrácené.

Světelný paprsek zapojený do tvorby duhy podléhá dvěma lomům a vícenásobným odrazům v každé kapce deště. V tomto případě, trochu zjednodušíme mechanismus vzniku duhy, můžeme říci, že kulové dešťové kapky hrají roli hranolu v Newtonově experimentu o rozkladu světla na spektrum.

Díky prostorové symetrii je duha viditelná ve tvaru půlkruhu s úhlem otevření asi 42°, přičemž pozorovatel (obr. 303) by měl být mezi Sluncem a kapkami deště zády ke Slunci.

Rozmanitost barev v atmosféře je vysvětlena vzory rozptyl světla na částicích různých velikostí. Vzhledem k tomu, že modrá barva je rozptýlena silněji než červená, během dne, kdy je Slunce vysoko nad obzorem, vidíme oblohu modře. Ze stejného důvodu se v blízkosti obzoru (při západu nebo východu slunce) Slunce stává červeným a není tak jasné jako v zenitu. Vzhled barevných mraků souvisí také s rozptylem světla částicemi různých velikostí v oblaku.

Literatura

Žilko, V.V. Fyzika: učebnice. příspěvek do 11. třídy. všeobecné vzdělání institucí s ruštinou jazyk školení s 12letou dobou studia (základní i nástavbové) / V.V. Zhilko, L.G. Markovich. - Minsk: Nar. Asveta, 2008. - s. 334-337.