Lyceum Petru Movila
Kursarbeid i fysikk om emnet:
Optiske atmosfæriske fenomener
Arbeid til en elev i klasse 11A
Bolubash Irina
Chisinau 2006 -
Plan:
1. Introduksjon
EN) Hva er optikk?
b) Typer optikk
2. Jordens atmosfære som et optisk system
3. Solnedgang
EN) Himmelfargeendring
b) solstråler
V) Det unike med solnedganger
4. Regnbue
EN) Regnbueutdanning
b) En rekke regnbuer
5. Auroras
EN) Typer nordlys
b) Solvind som årsak til nordlys
6. Halo
EN) Lys og is
b) Prismekrystaller
7. luftspeiling
EN) Forklaring av den nedre ("innsjø") mirage
b)Øvre luftspeilinger
V) Doble og trippel luftspeilinger
G) Ultra Long Vision Mirage
d) Alpelegende
e) Overtro parade
8. Noen mysterier av optiske fenomener
Introduksjon
Hva er optikk?
De første ideene til eldgamle forskere om lys var veldig naive. Det ble antatt at spesielle tynne tentakler dukker opp fra øynene og synsinntrykk oppstår når de kjenner gjenstander. På den tiden ble optikk forstått som vitenskapen om syn. Dette er den nøyaktige betydningen av ordet "optikk". I middelalderen forvandlet optikk seg gradvis fra vitenskapen om syn til vitenskapen om lys. Dette ble tilrettelagt av oppfinnelsen av linser og camera obscura. I moderne tid er optikk en gren av fysikken som studerer utslipp av lys, dets forplantning i ulike medier og interaksjon med materie. Når det gjelder spørsmål knyttet til syn, øyets struktur og funksjon, ble de et spesielt vitenskapelig felt kalt fysiologisk optikk.
Begrepet "optikk" i moderne vitenskap har en mangefasettert betydning. Disse inkluderer atmosfærisk optikk, molekylær optikk, elektronoptikk, nøytronoptikk, ikke-lineær optikk, holografi, radiooptikk, pikosekundoptikk, adaptiv optikk og mange andre fenomener og metoder for vitenskapelig forskning som er nært knyttet til optiske fenomener.
De fleste av de listede typene optikk, som et fysisk fenomen, er kun tilgjengelige for vår observasjon ved bruk av spesielle tekniske enheter. Dette kan være laserinstallasjoner, røntgenstrålere, radioteleskoper, plasmageneratorer og mange andre. Men de mest tilgjengelige og samtidig de mest fargerike optiske fenomenene er atmosfæriske. De er enorme i skala og er et produkt av samspillet mellom lys og jordens atmosfære.
Jordens atmosfære som et optisk system
Planeten vår er omgitt av et gassformet skall, som vi kaller atmosfæren. Etter å ha sin største tetthet nær jordoverflaten og gradvis tynnes ut når den stiger, når den en tykkelse på mer enn hundre kilometer. Og dette er ikke et frossent gassmedium med homogene fysiske data. Tvert imot er jordens atmosfære i konstant bevegelse. Under påvirkning av forskjellige faktorer blandes lagene, endrer tetthet, temperatur, gjennomsiktighet og beveger seg over lange avstander med forskjellige hastigheter.
For lysstråler som kommer fra solen eller andre himmellegemer, jordens atmosfære er et slags optisk system med konstant skiftende parametere. Når den befinner seg på deres vei, reflekterer den en del av lyset, sprer det, passerer det gjennom hele atmosfærens tykkelse, gir belysning av jordoverflaten, under visse forhold, bryter det ned i komponenter og bøyer strålene, og forårsaker derved ulike atmosfæriske fenomener. De mest uvanlige fargerike er solnedgang, regnbue, nordlys, luftspeiling, sol- og måneglori.
Solnedgang
Det enkleste og mest tilgjengelige atmosfæriske fenomenet å observere er solnedgangen til vårt himmellegeme - Solen. Ekstraordinært fargerik, det gjentar seg aldri. Og bildet av himmelen og dens forandring under solnedgang er så lyst at det vekker beundring hos enhver person.
Når solen nærmer seg horisonten, mister ikke bare lysstyrken, men begynner også gradvis å endre fargen - kortbølgedelen (røde farger) i spekteret blir stadig mer undertrykt. Samtidig begynner himmelen å farge. I nærheten av solen får den gulaktige og oransje toner, og over den antisolare delen av horisonten vises en blek stripe med et svakt uttrykt utvalg av farger.
Når solen går ned, som allerede har fått en mørk rød farge, strekker en lys stripe av daggry seg langs solhorisonten, hvis farge endres fra bunn til topp fra oransje-gul til grønnblå. En rund, lys, nesten ufarget glød sprer seg over den. Samtidig, nær den motsatte horisonten, begynner et matt blågrå segment av jordens skygge, avgrenset av et rosa belte, sakte å stige ("Venus belte").
Når Solen synker dypere under horisonten, oppstår det en raskt spredende rosa flekk – den s.k. "lilla lys", og når sin største utvikling på en dybde av solen under horisonten på omtrent 4-5o. Skyer og fjelltopper er fylt med skarlagensrøde og lilla toner, og hvis skyer eller høye fjell er utenfor horisonten, strekker skyggene deres seg nær solsiden av himmelen og blir rikere. Helt i horisonten blir himmelen tett rød, og over den fargerike himmelen strekker lysstrålene seg fra horisont til horisont i form av tydelige radielle striper ("Buddhas stråler") I mellomtiden nærmer jordens skygge seg raskt himmelen, konturene blir uklare, og den rosa kanten er knapt merkbar.
Gradvis blekner det lilla lyset, skyene mørkere, silhuettene deres vises tydelig mot bakgrunnen av den falmende himmelen, og bare i horisonten, der solen har forsvunnet, gjenstår et lyst flerfarget segment av daggry. Men den krymper og falmer gradvis, og ved begynnelsen av astronomisk skumring blir den til en grønn-hvitaktig smal stripe. Til slutt forsvinner hun også - natten faller på.
Bildet som beskrives bør kun betraktes som typisk for klart vær. I virkeligheten er mønsteret av solnedgangsstrøm gjenstand for store variasjoner. Med økt luftturbiditet er fargene på daggry vanligvis falmet, spesielt nær horisonten, hvor i stedet for røde og oransje toner, noen ganger bare en svak brun farge vises. Ofte utvikler simultane daggry-fenomener seg forskjellig i forskjellige deler av himmelen. Hver solnedgang har en unik personlighet, og dette bør betraktes som et av deres mest karakteristiske trekk.
Den ekstreme individualiteten til solnedgangsstrømmen og variasjonen av optiske fenomener som følger med den, avhenger av forskjellige optiske egenskaper ved atmosfæren - først og fremst dens dempning og spredningskoeffisienter, som manifesterer seg forskjellig avhengig av senitavstanden til solen, observasjonsretningen og høyden til observatøren.
Regnbue
Regnbuen er et vakkert himmelfenomen som alltid har tiltrukket seg menneskelig oppmerksomhet. I tidligere tider, da folk fremdeles visste lite om verden rundt dem, ble regnbuen ansett som et «himmelsk tegn». Så de gamle grekerne trodde at regnbuen var smilet til gudinnen Iris.
En regnbue observeres i motsatt retning av solen, mot bakgrunn av regnskyer eller regn. Den flerfargede buen er vanligvis plassert i en avstand på 1-2 km fra observatøren, og noen ganger kan den observeres i en avstand på 2-3 m mot bakgrunnen av vanndråper dannet av fontener eller vannspray.
Sentrum av regnbuen ligger på fortsettelsen av den rette linjen som forbinder solen og observatørens øye - på antisollinjen. Vinkelen mellom retningen mot hovedregnbuen og antisollinjen er 41º - 42º
I øyeblikket for soloppgang er antisolpunktet på horisontlinjen, og regnbuen ser ut som en halvsirkel. Når solen står opp, beveger det antisolare punktet seg under horisonten og størrelsen på regnbuen avtar. Den representerer bare en del av en sirkel.
En sekundær regnbue observeres ofte, konsentrisk med den første, med en vinkelradius på omtrent 52º og fargene i motsatt rekkefølge.
Hovedregnbuen dannes av refleksjon av lys i vanndråper. En sideregnbue dannes som et resultat av dobbel refleksjon av lys inne i hver dråpe. I dette tilfellet går lysstrålene ut av dråpen i andre vinkler enn de som produserer hovedregnbuen, og fargene i den sekundære regnbuen er i motsatt rekkefølge.
Strålebane i en vanndråpe: a - med en refleksjon, b - med to refleksjoner
Når solens høyde er 41º, slutter hovedregnbuen å være synlig og bare en del av sideregnbuen stikker ut over horisonten, og når solens høyde er mer enn 52º, er heller ikke sideregnbuen synlig. Derfor, på midt-ekvatoriale breddegrader, blir dette naturfenomenet aldri observert i løpet av middagstimene.
Regnbuen har syv primærfarger, som går jevnt over fra den ene til den andre. Type bue, lysstyrken på fargene og bredden på stripene avhenger av størrelsen på vanndråpene og antallet. Store dråper skaper en smalere regnbue, med skarpt fremtredende farger, små dråper skaper en uskarp, falmet og jevn hvit bue. Det er derfor en lys, smal regnbue er synlig om sommeren etter et tordenvær, hvor store dråper faller.
Regnbueteorien ble først foreslått i 1637 av Rene Descartes. Han forklarte regnbuer som et fenomen knyttet til refleksjon og brytning av lys i regndråper. Dannelsen av farger og deres rekkefølge ble forklart senere, etter å ha avslørt den komplekse naturen til hvitt lys og dets spredning i mediet.
Regnbueutdanning
Kan vurderes enkleste tilfelle: la en stråle av parallelt sollys falle på dråper formet som en ball. En stråle som faller inn på overflaten av en dråpe ved punkt A brytes inne i den i henhold til brytningsloven: n synd α = n synd β , Hvor n =1, n ≈1,33 – brytningsindekser for henholdsvis luft og vann, α er innfallsvinkelen, og β – lysets brytningsvinkel.
Inne i dråpen beveger strålen AB seg i en rett linje. Ved punkt B brytes strålen delvis og delvis reflektert. Det skal bemerkes at jo mindre innfallsvinkelen er ved punkt B, og derfor ved punkt A, desto lavere er intensiteten til den reflekterte strålen og desto større er intensiteten til den refrakterte strålen.
Stråle AB, etter refleksjon i punkt B, oppstår i en vinkel β` = β og treffer punkt C, hvor også delvis refleksjon og delvis brytning av lys oppstår. Den brutte strålen forlater dråpen i en vinkel γ, og den reflekterte strålen kan reise videre, til punktet D osv. Dermed gjennomgår lysstrålen i dråpen multippel refleksjon og brytning. Med hver refleksjon kommer noen av lysstrålene ut og intensiteten deres inne i dråpen avtar. Den mest intense av strålene som kommer ut i luften er strålen som kommer ut av dråpen ved punkt B. Men det er vanskelig å observere den, siden den går tapt mot bakgrunnen av sterkt direkte sollys. Strålene som brytes ved punkt C danner sammen en primær regnbue mot bakgrunnen av en mørk sky, og strålene som brytes ved punkt D produserer en sekundær regnbue, som er mindre intens enn den primære.
Når man vurderer dannelsen av en regnbue, må man ta hensyn til ett fenomen til - ulik brytning av lysbølger av forskjellige lengder, det vil si lysstråler i forskjellige farger. Dette fenomenet kalles avvik. På grunn av spredning er brytningsvinklene γ og avbøyningsvinkelen til strålene i dråpen forskjellige for strålene forskjellige farger.
En regnbue oppstår på grunn av spredning av sollys i vanndråper. I hver dråpe opplever strålen flere interne refleksjoner, men med hver refleksjon kommer en del av energien ut. Derfor, jo flere indre refleksjoner strålene opplever i en dråpe, jo svakere blir regnbuen. Du kan observere en regnbue hvis solen er bak observatøren. Derfor er den lyseste primære regnbuen dannet av stråler som har opplevd en indre refleksjon. De skjærer de innfallende strålene i en vinkel på omtrent 42°. Det geometriske stedet for punkter plassert i en vinkel på 42° til den innfallende strålen er en kjegle, oppfattet av øyet på spissen som en sirkel. Når den belyses med hvitt lys, vil det dannes en fargestripe, med den røde buen alltid høyere enn den fiolette buen.
Oftest ser vi én regnbue. Det er ikke uvanlig at to regnbuestriper vises på himmelen samtidig, plassert etter hverandre; De observerer også et enda større antall himmelbuer - tre, fire og til og med fem på samme tid. Det viser seg at regnbuer kan oppstå ikke bare fra direkte stråler; Det vises ofte i solens reflekterte stråler. Dette kan sees ved bredden av havbukter, store elver og innsjøer. Tre eller fire regnbuer - vanlige og reflekterte - skaper noen ganger et vakkert bilde. Siden solstrålene som reflekteres fra vannoverflaten går fra bunn til topp, kan regnbuen som dannes i strålene noen ganger se helt uvanlig ut.
Du skal ikke tro at regnbuer bare kan sees på dagtid. Det skjer også om natten, selv om det alltid er svakt. Du kan se en slik regnbue etter et nattregn, når Månen dukker opp bak skyene.
Noen skinn av en regnbue kan oppnås med dette erfaring : Du må belyse en kolbe fylt med vann med sollys eller en lampe gjennom et hull i en hvit tavle. Da vil en regnbue bli tydelig synlig på brettet, og vinkelen for divergensen til strålene sammenlignet med den opprinnelige retningen vil være omtrent 41°-42°. Under naturlige forhold er det ingen skjerm; bildet vises på netthinnen i øyet, og øyet projiserer dette bildet på skyene.
Hvis en regnbue dukker opp om kvelden før solnedgang, observeres en rød regnbue. I løpet av de siste fem-ti minuttene før solnedgang forsvinner alle regnbuens farger unntatt rødt, og det blir veldig lyst og synlig selv ti minutter etter solnedgang.
En regnbue på dugg er et vakkert syn. Det kan observeres ved soloppgang på gresset dekket med dugg. Denne regnbuen er formet som en hyperbel.
Auroras
Et av de vakreste optiske fenomenene i naturen er nordlys.
I de fleste tilfeller har nordlys en grønn eller blågrønn nyanse med sporadiske flekker eller en kant av rosa eller rød.
Auroras observeres i to hovedformer - i form av bånd og i form av skylignende flekker. Når utstrålingen er intens, tar den form av bånd. Å miste intensitet, blir til flekker. Imidlertid forsvinner mange bånd før de rekker å bryte i flekker. Båndene ser ut til å henge i det mørke rommet på himmelen, som ligner et gigantisk gardin eller draperi, som vanligvis strekker seg fra øst til vest i tusenvis av kilometer. Høyden på denne gardinen er flere hundre kilometer, tykkelsen overstiger ikke flere hundre meter, og den er så delikat og gjennomsiktig at stjernene er synlige gjennom den. Den nedre kanten av gardinet er ganske skarpt og tydelig omrisset og er ofte tonet i en rød eller rosa farge, som minner om en gardinkant, den øvre kanten tapes gradvis i høyden og dette skaper et spesielt imponerende inntrykk av rommets dybde.
Det er fire typer nordlys:
Homogen bue– den lysende stripen har den enkleste, roligste formen. Det er lysere nedenfra og forsvinner gradvis oppover mot bakgrunnen av himmelgløden;
Strålende bue– båndet blir noe mer aktivt og mobilt, det danner små folder og strømmer;
Strålende stripe- med økende aktivitet legges større folder over de mindre;
Når aktiviteten øker, utvides brettene eller løkkene til enorme størrelser, og den nederste kanten av båndet lyser sterkt med en rosa glød. Når aktiviteten avtar, forsvinner foldene og tapen går tilbake til en jevn form. Dette antyder at en homogen struktur er hovedformen for nordlyset, og folder er forbundet med økende aktivitet.
Utstrålinger av en annen type vises ofte. De dekker hele polarområdet og er veldig intense. De oppstår under en økning i solaktiviteten. Disse nordlysene fremstår som en hvitgrønn hette. Slike lys kalles byger.
Basert på lysstyrken til nordlyset er de delt inn i fire klasser, som skiller seg fra hverandre med en størrelsesorden (det vil si 10 ganger). Den første klassen inkluderer nordlys som knapt er merkbare og omtrent like i lysstyrke som Melkeveien, mens nordlys i fjerde klasse lyser opp jorden like sterkt som fullmånen.
Det bør bemerkes at den resulterende nordlyset sprer seg mot vest med en hastighet på 1 km/sek. De øvre lagene av atmosfæren i området med nordlysblink varmes opp og skynder seg oppover. Under nordlys oppstår elektriske virvelstrømmer i jordens atmosfære som dekker store områder. De eksiterer ytterligere ustabile magnetiske felt, de såkalte magnetiske stormer. Under nordlys sender atmosfæren ut røntgenstråler, som tilsynelatende skyldes nedbremsing av elektroner i atmosfæren.
Intense glimt av utstråling er ofte akkompagnert av lyder som minner om støy og knitring. Auroras forårsaker sterke endringer i ionosfæren, som igjen påvirker radiokommunikasjonsforholdene. I de fleste tilfeller blir radiokommunikasjonen betydelig dårligere. Det er sterk interferens, og noen ganger et fullstendig tap av mottak.
Hvordan oppstår nordlys?
Jorden er en enorm magnet, hvis sørpol ligger nær den nordlige geografiske polen, og nordpolen ligger nær sør. Jordens magnetiske feltlinjer, kalt geomagnetiske linjer, dukker opp fra området ved siden av jordens magnetiske nordpol, omslutter kloden og går inn i den ved den sørlige magnetiske polen, og danner et toroidformet gitter rundt jorden.
Det har lenge vært antatt at plasseringen av magnetfeltlinjer er symmetrisk i forhold til jordens akse. Nå har det blitt klart at den såkalte "solvinden" - en strøm av protoner og elektroner som sendes ut av solen, treffer det geomagnetiske skallet på jorden fra en høyde på omtrent 20 000 km, trekker det tilbake, vekk fra solen, danner en slags magnetisk "hale" på jorden.
Et elektron eller proton fanget i jordens magnetfelt beveger seg i en spiral, som om den snirkler seg rundt en geomagnetisk linje. Elektroner og protoner som kommer fra sol-vind i jordas magnetfelt, er delt i to deler. Noen av dem strømmer umiddelbart langs magnetiske kraftlinjer inn i de polare områdene på jorden; andre kommer inn i teroiden og beveger seg inne i den, langs en lukket kurve. Disse protonene og elektronene strømmer til slutt også langs geomagnetiske linjer til området av polene, hvor deres økte konsentrasjon oppstår. Protoner og elektroner produserer ionisering og eksitasjon av atomer og molekyler av gasser. Til dette har de nok energi, siden protoner kommer til jorden med energier på 10 000-20 000 eV (1 eV = 1,6 10 J), og elektroner med energier på 10-20 eV. For å ionisere atomer trenger du: for hydrogen - 13,56 eV, for oksygen - 13,56 eV, for nitrogen - 124,47 eV, og for eksitasjon enda mindre.
Eksiterte gassatomer gir tilbake den mottatte energien i form av lys, på samme måte som det som skjer i rør med foreldet gass når det føres strøm gjennom dem.
En spektralstudie viser at den grønne og røde gløden tilhører eksiterte oksygenatomer, mens den infrarøde og fiolette gløden tilhører ioniserte nitrogenmolekyler. Noen oksygen- og nitrogenutslippslinjer dannes i en høyde av 110 km, og den røde gløden av oksygen oppstår i en høyde på 200-400 km. En annen svak kilde til rødt lys er hydrogenatomer, dannet i de øvre lagene av atmosfæren fra protoner som kommer fra solen. Etter å ha fanget et elektron, blir et slikt proton til et eksitert hydrogenatom og sender ut rødt lys.
Nordlysutbrudd oppstår vanligvis en dag eller to etter solutbrudd. Dette bekrefter sammenhengen mellom disse fenomenene. Nylig har forskere funnet ut at nordlys er mer intense nær kysten av hav og hav.
Men den vitenskapelige forklaringen av alle fenomener knyttet til nordlys møter en rekke vanskeligheter. For eksempel er den nøyaktige mekanismen for å akselerere partikler til de angitte energiene ukjent, banene deres i verdensrommet nær jorden er ikke helt klare, ikke alt konvergerer kvantitativt i energibalansen for ionisering og eksitasjon av partikler, mekanismen for dannelse av forskjellige typer luminescens er ikke helt klart, og opprinnelsen til lyder er uklar.
Halo
Noen ganger ser solen ut som om den blir sett gjennom en stor linse. Faktisk viser bildet effekten av millioner av linser: iskrystaller. Når vann fryser i den øvre atmosfæren, kan det dannes små, flate, sekskantede iskrystaller. Planene til disse krystallene, som virvler og faller gradvis til bakken, er orientert parallelt med overflaten mesteparten av tiden. Ved soloppgang eller solnedgang kan observatørens siktelinje passere gjennom akkurat dette planet, og hver krystall kan fungere som en miniatyrlinse som bryter sollys. Den kombinerte effekten kan resultere i et fenomen som kalles parhelia, eller falsk sol. I midten av bildet kan du se Solen og to godt synlige falske soler i kantene. Bak husene og trærne er synlige glorier (halo - uttales med en aksent på "o"), omtrent 22 grader i størrelse, tre solsøyler og en bue skapt av sollys reflektert av atmosfæriske iskrystaller.
Lys og is
Forskere har lenge lagt merke til at når en glorie dukker opp, er solen innhyllet i dis - et tynt slør av høye cirrus- eller cirrostratusskyer. Slike skyer flyter i atmosfæren i en høyde av seks til åtte kilometer over bakken og består av bittesmå iskrystaller, som oftest har form av sekskantede søyler eller plater.
Jordens atmosfære kjenner ingen fred. Iskrystaller, som faller og stiger i luftstrømmer, reflekterer enten som et speil eller bryter solstrålene som faller på dem som et glassprisme. Som et resultat av dette komplekse optiske spillet dukker falske soler og andre villedende bilder opp på himmelen, der man om ønskelig kan se brennende sverd og alt annet...
Som allerede nevnt, kan du oftere enn andre observere to falske soler - på den ene siden og den andre av den virkelige stjernen. Noen ganger dukker det opp en lys, litt regnbuefarget sirkel som omkranser solen. Og så etter solnedgang dukker plutselig en enorm lysende søyle opp på den mørke himmelen.
Ikke alle cirrusskyer produserer en lys, godt synlig glorie. For å gjøre dette er det nødvendig at de ikke er for tette (solen skinner gjennom) og samtidig må det være et tilstrekkelig antall iskrystaller i luften. En glorie kan imidlertid vises på en helt klar, skyfri himmel. Det betyr at det er mange individuelle iskrystaller som flyter høyt i atmosfæren, men uten skydannelse. Dette skjer på vinterdager når været er klart og frost.
...En lett horisontal sirkel dukket opp over, som omkranser himmelen parallelt med horisonten. Hvordan ble det til?
Spesielle eksperimenter (de ble gjentatte ganger utført av forskere) og beregninger viser: denne sirkelen er resultatet av refleksjon av sollys fra sideflatene til sekskantede iskrystaller som svever i luften i vertikal stilling. Solstrålene faller på slike krystaller, reflekteres fra dem, som fra et speil, og faller inn i øynene våre. Og siden dette speilet er spesielt, er det bygd opp av en utallig masse ispartikler og dessuten ser ut til å ligge en stund i horisontens plan, så ser vi refleksjonen av solskiven i samme plan. Det viser seg at det er to soler: den ene er ekte, og ved siden av den, men i et annet plan, er dens doble i form av en stor lyssirkel.
Det hender at en slik refleksjon sollys små iskrystaller som svever i frostluften skaper en glødende søyle. Dette skjer fordi krystaller i form av plater deltar i lysets lek. De nedre kantene på platene reflekterer lyset fra solen som allerede har forsvunnet bak horisonten, og i stedet for selve solen ser vi en stund en lysende bane som går inn i himmelen fra horisonten - et bilde av solskiven forvrengt ugjenkjennelig. Hver av oss observerte noe lignende på en måneskinn natt, stående ved kysten av havet eller innsjøen. Når vi beundrer månebanen, ser vi det samme lysspillet på vannet - en speilrefleksjon av månen, sterkt strukket på grunn av det faktum at overflaten av vannet er dekket med krusninger. Det litt rislende vannet reflekterer månelyset som faller på det, slik at vi så å si oppfatter mange titalls individuelle refleksjoner av månen, hvorfra månebanen som er glorifisert av poeter er dannet.
Du kan ofte observere måneglorien. Dette er et ganske vanlig syn og oppstår hvis himmelen er dekket av høye, tynne skyer med millioner av bittesmå iskrystaller. Hver iskrystall fungerer som et miniatyrprisme. De fleste krystaller har form av langstrakte sekskanter. Lys kommer inn gjennom en frontflate av en slik krystall og går ut gjennom den motsatte med en brytningsvinkel på 22º.
Og se på gatelykter om vinteren, og du kan være heldig å se en glorie som genereres av lyset deres, under visse forhold, selvfølgelig, nemlig i iskald luft mettet med iskrystaller eller snøflak. Forresten, en glorie fra solen i form av en stor lyssøyle kan også dukke opp under snøfall. Det er dager om vinteren når snøfnugg ser ut til å sveve i luften, og sollyset hardnakket bryter gjennom tynne skyer. På bakgrunn av kveldsgryet ser denne søylen noen ganger rødlig ut - som refleksjonen av en fjern brann. Tidligere, et så fullstendig ufarlig fenomen, som vi ser, skremte overtroiske mennesker.
Prismekrystaller
Kanskje noen har sett en slik glorie: en lys, regnbuefarget ring rundt solen. Denne vertikale sirkelen oppstår når det er mange sekskantede iskrystaller i atmosfæren som ikke reflekterer, men bryter solstrålene som et glassprisme. I dette tilfellet er de fleste strålene naturlig spredt og når ikke øynene våre. Men en del av dem, etter å ha gått gjennom disse prismene i luften og brutt, når oss, så vi ser en regnbue sirkel rundt solen. Radiusen er omtrent tjueto grader. Det skjer enda mer - førtiseks grader.
Hvorfor regnbue?
Som du vet, passerer gjennom et prisme, blir en hvit lysstråle dekomponert i sine spektrale farger. Det er grunnen til at ringen rundt solen dannet av brutte stråler er malt i regnbuetoner: den indre delen er rødlig, den ytre delen er blåaktig, og inne i ringen ser himmelen mørkere ut.
Det legges merke til at halosirkelen alltid er lysere på sidene. Dette er fordi to glorier krysser hverandre her - vertikalt og horisontalt. Og falske soler dannes oftest nettopp i krysset. De mest gunstige forholdene for utseendet til falske soler oppstår når solen er lavt over horisonten og en del av den vertikale sirkelen ikke lenger er synlig for oss.
Hvilke krystaller er involvert i denne "forestillingen"?
Svaret på spørsmålet ble gitt ved spesielle eksperimenter. Det viste seg at falske soler dukker opp på grunn av sekskantede iskrystaller, formet som... spiker. De svever vertikalt i luften og bryter lys med sideflatene.
Den tredje "solen" vises når bare én er synlig over den virkelige solen. øverste del glorie sirkel. Noen ganger er det et segment av en bue, noen ganger er det et lyspunkt ubestemt form. Noen ganger er falske soler like klare som solen selv. Når de observerte dem, skrev de gamle kronikerne om tre soler, avkuttede brennende hoder, etc.
I forbindelse med dette fenomenet har et interessant faktum blitt registrert i menneskehetens historie. I 1551 ble den tyske byen Magdeburg beleiret av troppene til den spanske kongen Karl V. Byens forsvarere holdt standhaftig ut, og beleiringen varte i mer enn ett år. Til slutt ga den irriterte kongen ordre om å forberede seg på et avgjørende angrep. Men så skjedde det enestående: noen timer før angrepet skinte tre soler over den beleirede byen. Den dødelig redde kongen bestemte at Magdeburg var beskyttet av himmelen og beordret at beleiringen skulle oppheves.
luftspeiling
Enhver av oss har sett de enkleste luftspeilinger. Når du for eksempel kjører på en oppvarmet asfaltvei, ser det langt fremme ut som en vannflate. Og slikt har ikke overrasket noen på lenge, fordi luftspeiling- ikke noe mer enn et atmosfærisk optisk fenomen, på grunn av hvilket bilder av objekter vises i synlighetssonen som under normale forhold er skjult for observasjon. Dette skjer fordi lys passerer gjennom luftlag forskjellige tettheter brutt. I dette tilfellet kan fjerne objekter se ut til å være hevet eller senket i forhold til deres faktiske posisjon, og kan også bli forvrengt og få uregelmessige, fantastiske former.
Fra det større utvalget av luftspeilinger vil vi fremheve flere typer: «innsjøsspeilinger», også kalt nedre luftspeilinger, øvre luftspeilinger, doble og tredoble luftspeilinger, ultra-langdistansesynsspeilinger.
Forklaring av den nedre ("innsjø") mirage.
Lake eller lavere luftspeilinger er de vanligste. De vises når en fjern, nesten flat ørkenoverflate ser ut som åpent vann, spesielt når de sees fra en liten høyde eller rett og slett over et lag med oppvarmet luft. En lignende illusjon oppstår som på en asfaltvei.
Hvis luften nær jordoverflaten er veldig varm og dens tetthet derfor er relativt lav, vil brytningsindeksen på overflaten være mindre enn i høyere luftlag.
I samsvar med etablert regel, vil lysstråler nær jordoverflaten i dette tilfellet bøyes slik at banen deres er konveks nedover. En lysstråle fra et bestemt område av den blå himmelen kommer inn i observatørens øye og opplever å bøye seg. Dette betyr at observatøren vil se den tilsvarende delen av himmelen ikke over horisontlinjen, men under den. Det vil virke for ham som om han ser vann, selv om det faktisk er et bilde av blå himmel foran ham. Hvis vi forestiller oss at det er åser, palmer eller andre objekter nær horisontlinjen, vil observatøren se dem opp ned, på grunn av bøyningen av strålene, og vil oppfatte dem som refleksjoner av de tilsvarende objektene i ikke-eksisterende vann . Bildet jitter forårsaket av fluktuasjoner i brytningsindeksen til varm luft skaper en illusjon av strømning eller krusninger i vannet. Dette er hvordan en illusjon oppstår, som er en "innsjø" luftspeiling.
Som rapportert i en artikkel i Journal
på The New Yorker, en pelikan, gjengivelse
svever over en varm asfaltvei
i USAs Midtvesten, nesten én gang
slet da han så foran seg et slikt "vann-
"Noah luftspeiling." «Den uheldige fuglen fløy
kanskje mange timer over tørr
hvetestubber og plutselig så
noe som for henne virket som en lang, svart, smal, men ekte elv - i hjertet av prærien. Pelikanen stormet ned for å svømme i det kjølige vannet – og mistet bevisstheten da den traff asfalten.» Under øyehøyde kan det dukke opp gjenstander i dette "vannet", vanligvis opp ned. En "luft" dannes over den oppvarmede landoverflaten. lagdelt kake", og laget nærmest bakken er det oppvarmede og er så sjeldent at lysbølger som passerer gjennom det blir forvrengt, siden forplantningshastigheten endres avhengig av mediets tetthet.
Øvre luftspeilinger
De øvre luftspeilinger, eller, som de også kalles, fjernsynsspeilinger, er mindre vanlige og mer pittoreske enn de nedre. Fjerne objekter (ofte plassert utenfor havhorisonten) vises opp ned på himmelen, og noen ganger vises også et oppreist bilde av samme objekt ovenfor. Dette fenomenet er typisk i kalde områder, spesielt når det er en betydelig temperaturinversjon, når det er et varmere luftlag over et kaldere lag. Denne optiske effekten manifesterer seg som et resultat av forplantningen av fronten av lysbølger i luftlag med inhomogen tetthet. Svært uvanlige luftspeilinger forekommer fra tid til annen, spesielt i polarområdene. Når luftspeilinger oppstår på land, er trær og andre landskapskomponenter opp ned. I alle tilfeller er gjenstander tydeligere synlige i de øvre mirage enn i de nedre. Det er steder på kloden hvor du, før kvelden faller på, kan se fjell stige over havhorisonten. Dette er egentlig fjell, bare de er så langt unna at de ikke kan sees under normale forhold. På disse mystiske stedene, like etter middag, begynner et uskarpt omriss av fjell å dukke opp i horisonten. Den vokser gradvis og blir raskt skarp og tydelig før solnedgang, slik at individuelle topper til og med kan skilles.
De øvre luftspeilingene er forskjellige. I noen tilfeller gir de et direkte bilde, i andre tilfeller vises et omvendt bilde i luften. Mirages kan være doble, når to bilder er observert, ett enkelt og ett invertert. Disse bildene kan være atskilt med en luftstripe (den ene kan være over horisontlinjen, den andre under den), men kan direkte smelte sammen med hverandre. Noen ganger dukker det opp et annet - et tredje bilde.
Doble og trippel luftspeilinger
Hvis brytningsindeksen til luft endres først raskt og deretter sakte, vil strålene bøye seg raskere. Resultatet er to bilder. Lysstråler som forplanter seg innenfor det første luftområdet danner et omvendt bilde av objektet. Deretter bøyes disse strålene, som hovedsakelig forplanter seg innenfor det andre området, i mindre grad og danner et rett bilde.
For å forstå hvordan en trippel luftspeiling vises, må du forestille deg tre påfølgende luftområder: den første (nær overflaten), der brytningsindeksen avtar sakte med høyden, den neste, hvor brytningsindeksen avtar raskt, og den tredje regionen, hvor brytningsindeksen avtar sakte igjen. Strålene danner først et lavere bilde av objektet, og forplanter seg innenfor det første luftområdet. Deretter danner strålene et omvendt bilde; når de kommer inn i det andre luftområdet, opplever disse strålene sterk krumning. Strålene danner da et topp-direkte bilde av objektet.
Ultra Long Vision Mirage
Naturen til disse luftspeilingene er minst studert. Det er klart at atmosfæren skal være gjennomsiktig, fri for vanndamp og forurensning. Men dette er ikke nok. Et stabilt lag med avkjølt luft bør dannes i en viss høyde over jordoverflaten. Under og over dette laget skal luften være varmere. En lysstråle som kommer inn i et tett kaldt luftlag, skal liksom "låses" inne i den og forplante seg i den som langs en slags lysleder.
Hva er naturen til Fata Morgana - den vakreste av luftspeilinger? Når et lag med kald luft dannes over varmt vann, dukker magiske slott opp over havet, som forandrer seg, vokser, forsvinner. Legenden sier at disse slottene er krystallboligen til eventyret Morgana. Derav navnet.
Et enda mer mystisk fenomen er chronomirages. Ingen kjente fysikklover kan forklare hvorfor luftspeilinger kan reflektere hendelser som skjer på en viss avstand, ikke bare i rommet, men også i tid. Mirages av slag og slag som en gang fant sted på jorden har blitt spesielt kjent. I november 1956 overnattet flere turister i fjellene i Skottland. Rundt tre om morgenen våknet de av en merkelig lyd, så ut av teltet og så dusinvis av skotske geværmenn i eldgamle militæruniformer, som løp over det steinete feltet og skjøt! Så forsvant synet og etterlot seg ingen spor, men et døgn senere gjentok det seg. De skotske geværmennene, alle såret, vandret over feltet og snublet over steiner. De ble tilsynelatende beseiret i slaget og trakk seg tilbake.
Og dette er ikke det eneste beviset på et slikt fenomen. Dermed ble det berømte slaget ved Waterloo (18. juni 1815) observert en uke senere av innbyggere i den belgiske byen Verviers. K. Flammarion beskriver i sin bok "Atmosfære" et eksempel på en slik luftspeiling: "Basert på vitnesbyrd fra flere pålitelige personer, kan jeg rapportere om en luftspeiling som ble sett i byen Verviers (Belgia) i juni 1815. En morgen , innbyggere i byen så på himmelen hæren, og det var så tydelig at man kunne skille draktene til artilleristene og til og med for eksempel en kanon med et ødelagt hjul som holdt på å falle av... Det var morgenen av slaget ved Waterloo!" Den beskrevne luftspeilingen er avbildet i form av en farget akvarell av et av øyenvitnene. Avstanden fra Waterloo til Verviers i en rett linje er mer enn 100 km. Det er kjente tilfeller når lignende luftspeilinger ble observert på store avstander - opptil 1000 km. Den flygende nederlenderen bør klassifiseres som en av disse luftspeilingene.
Forskere kalte en av variantene av kronomirage "drossolides", som oversatt fra gresk betyr "duggdråper." Det har blitt lagt merke til at kronomirages oftest oppstår i de tidlige morgentimene, når tåkedråper kondenserer i luften. De mest kjente "drossolidene" forekommer ganske regelmessig på kysten av Kreta midt på sommeren, vanligvis tidlig om morgenen. Det er mange vitnesbyrd fra øyenvitner som så et enormt "kamplerret" dukke opp over havet nær slottet Franca Castello - hundrevis av mennesker låst i dødelig kamp. Skrik og lyden av våpen høres. Under andre verdenskrig skremte "spøkelseskampen" de tyske soldatene som da kjempet på Kreta. Tyskerne åpnet kraftig ild fra alle typer våpen, men forårsaket ingen skade på fantomene. En mystisk luftspeiling nærmer seg sakte fra havet og forsvinner innenfor slottets murer. Historikere sier at på dette stedet, for rundt 150 år siden, fant en kamp mellom grekerne og tyrkerne sted, bildet, tapt i tid, kan sees over havet. Dette fenomenet kan observeres ganske ofte midt på sommeren, i de tidlige timene.
Forresten, i dag observerer øyenvitner ofte ikke bare kamper fra svunne tider og en gang eksisterende spøkelsesbyer, men også fantombiler. For flere år siden møtte en gruppe australiere en bil kjørt av deres avdøde venn som en gang hadde krasjet på natteveien. Imidlertid satt ikke bare han i den spøkelsesaktige bilen, men også hans unge kjæreste, som overlevde den katastrofen og nå var ved god helse, etter å ha blitt en respektabel dame.
Hva er arten av slike luftspeilinger?
I følge en teori, med et spesielt sammenløp av naturlige faktorer, blir visuell informasjon innprentet i tid og rom. Og hvis visse atmosfæriske, vær osv. sammenfaller. forhold, blir det igjen synlig for observatører utenfor. I følge en annen teori akkumuleres enorm psykisk energi i området med kamper der tusenvis av mennesker deltar (og dør). Under visse forhold "utlades" den og manifesterer tidligere hendelser synlig.
Generelt trodde for eksempel de gamle egypterne at en luftspeiling er et spøkelse av et land som ikke lenger eksisterer i verden.
Alpelegende
En gruppe turister besteg en av fjelltoppene. Folket var alle unge, med unntak av guiden, en gammel fjellmann. Først gikk alle raskt og muntert. Men jo høyere klatrerne klatret, jo vanskeligere ble det. Snart følte hver av dem seg veldig sliten. Bare guiden gikk, som før, behendig hoppet over sprekker, klatret raskt og enkelt opp på steinkantene.
Et fantastisk bilde åpnet seg rundt. Snødekte fjelltopper reiste seg overalt så langt øyet rakk. De nærmeste glitret i strålene fra den blendende solen. De fjerne toppene virket blåaktige. Bratte bakker gikk ned og ble til kløfter. Lysegrønne alpine enger skilte seg ut som lyspunkter.
Omsider nådde de en av sidetoppene på fjellet de hadde besteget. Solen hadde allerede falt til horisonten, og dens stråler falt på folk fra bunn til topp. Og så skjedde det uventede.
En av de unge mennene overtok guiden og var den første som nådde toppen. I samme øyeblikk som han tråkket på steinen dukket en enorm skygge av en mann opp i øst, mot bakgrunnen av skyer. Hun var synlig så tydelig at folk stoppet opp som på kommando. Men guiden så rolig på den gigantiske skyggen, på de unge menneskene som var frosset i frykt og flirende sa:
- Ikke vær redd! Det skjer», og han klatret også på steinen.
Mens han sto ved siden av turisten, dukket enda en stor skygge av en mann opp i skyene.
Konduktøren tok av seg den varme filthatten og viftet med den. En av skyggene gjentok bevegelsen hans: en stor hånd reiste seg mot hodet hans, tok av seg hatten og viftet med den. Den unge mannen løftet stokken, og hans gigantiske skygge gjorde det samme. Etter det ønsket hver av turistene selvfølgelig å klatre på steinen og se skyggen deres i luften. Men snart dekket skyene solen som gikk utover horisonten, og de uvanlige skyggene forsvant.
Overtro parade
Nå, tror jeg, vil det ikke være vanskelig å forstå hvordan lysende kors vises på himmelen, som selv i vår tid skremmer noen mennesker.
Svaret her er at vi ikke alltid ser en eller annen form for glorie i sin helhet på himmelen. Om vinteren, under alvorlig frost, som allerede nevnt, vises to lyse flekker på begge sider av solen - deler av en vertikal halosirkel. Dette skjer med en horisontal sirkel som går gjennom solen. Oftest er bare den delen av den som ligger ved siden av armaturet synlig - på himmelen er det så å si synlige to lette haler, som strekker seg fra den til høyre og venstre. Deler av de vertikale og horisontale sirklene krysser hverandre og danner så å si to kors på hver side av solen.
I et annet tilfelle ser vi en del av en horisontal sirkel nær solen, krysset av en lysende søyle, som går opp og ned fra solen. Og igjen dannes et kors.
Til slutt skjer det også: på himmelen etter solnedgang er en lysende søyle og den øvre delen av en vertikal sirkel synlig. Kryssende gir de også bildet av et stort kors. Og noen ganger ligner en slik glorie på et gammelt riddersverd. Og hvis det fortsatt er farget av daggry, så er her et blodig sverd - en truende påminnelse fra himmelen om fremtidige problemer!
Vitenskapelig forklaring av halo - lysende eksempel hvor villedende den ytre formen til noe noen ganger kan være naturfenomen. Det virker som noe ekstremt mystisk, mystisk, men når du først finner ut av det, er det ikke et spor igjen av det "uforklarlige".
Det er lett å si - du finner ut av det! Dette tok år, tiår, århundrer. I dag kan alle som blir interessert i noe se i en oppslagsbok, bla i en lærebok eller fordype seg i studiet av spesialisert litteratur. Til slutt, spør! Var det slike muligheter i middelalderen, si? Tross alt, på den tiden hadde slik kunnskap ennå ikke blitt akkumulert, og vitenskapen ble utført alene. Det dominerende verdensbildet var religion, og det vanlige verdensbildet var tro.
Den franske vitenskapsmannen K. Flammarion så på historiske kronikker fra denne vinkelen. Og dette er det som viste seg å være: kompilatorene av kronikkene tvilte overhodet ikke på eksistensen av en direkte årsakssammenheng mellom de mystiske naturfenomenene og jordiske anliggender.
I 1118, under kong Henry I av Englands regjeringstid, dukket det opp to fullmåner på himmelen samtidig, en i vest og den andre i øst. Samme år vant kongen slaget.
I 1120 dukket et kors og en mann laget av flammer opp blant de blodrøde skyene. Samme år regnet det blod; alle forventet verdens undergang, men den tok bare slutt borgerkrig.
I 1156 lyste tre regnbuesirkler rundt solen i flere timer på rad, og da de forsvant, dukket det opp tre soler. Sammenstilleren av kronikken så i dette fenomenet et snev av kongens krangel med biskopen av Canterbury i England og ødeleggelsen etter den syv år lange beleiringen av Milano i Italia.
Året etter dukket tre soler opp igjen, og midt på månen var et hvitt kors synlig; Selvfølgelig koblet kronikeren dette umiddelbart med uenigheten som fulgte med valget av den nye paven.
I januar 1514 var tre soler synlige i Württemberg, hvorav den midterste var større enn sidesolene. Samtidig dukket blodige og flammende sverd opp på himmelen. I mars samme år var tre soler og tre måner igjen synlige. Samtidig ble tyrkerne beseiret av perserne i Armenia.
I 1526, om natten i Württemberg, var blodig militær rustning synlig i luften...
I 1532, nær Innsbruck, ble fantastiske bilder av kameler, ulver som spyr ut flammer og til slutt en løve i en ildsirkel sett i luften...
Om alle disse fenomenene faktisk skjedde er ikke så viktig for oss nå. Det er viktig at med deres hjelp ble virkelige historiske hendelser tolket på grunnlag av dem; at folk så så på verden gjennom prismen til deres forvrengte ideer og derfor så det de ønsket å se. Fantasien deres visste noen ganger ingen grenser. Flammarion kalte de utrolige fantastiske bildene tegnet av forfatterne av kronikkene "eksempler på kunstnerisk overdrivelse." Her er en av disse "eksemplene":
«... I 1549 var månen omgitt av en glorie og paraselenes (falske måner), i nærheten av hvilke en brennende løve og en ørn ble sett i stykker sitt eget bryst. Etter dette dukket det opp brennende byer, kameler, Jesus Kristus på en stol med to tyver på siden og til slutt en hel forsamling - tilsynelatende apostlene. Men den siste endringen i fenomener var mest forferdelig av alt. En mann med enorm vekst og grusomt utseende dukket opp i luften, og truet med et sverd en ung jente som gråt ved føttene hans og ba om nåde ..."
Hvilke øyne måtte til for å se alt dette!
Noen mysterier av optiske fenomener
Farge på glass
Vinterkveld. Litt frost - ca 10°. Du reiser på en trikk (eller på en buss, det spiller ingen rolle). Vinduet begynner å fryse. Du kan ikke se noe gjennom glasset, men lyset fra lyktene er veldig klart. Og på et tidspunkt forårsaker lyset fra en gatelykt et herlig fargespill på det frosne vinduet. Nyansene er så rene og vakre at ingen kunstner kan gjengi dem nøyaktig. Etter noen sekunder når islaget på vinduet en tykkelse på flere tidels millimeter og fargene forsvinner. Men det spiller ingen rolle. Tørk av det frosne laget med hånden og gjenta observasjonen - fargene vil vises igjen.
Vennligst merk: en lommelykt med en glødelampe gir en lilla-smaragd-glorie, og en lysrør (kvikksølv-kvarts) er omgitt av en glorie av gul-fiolette farger.
Dette fysiske fenomenet er ennå ikke studert godt, og det er ingen eksakt forklaring på det, men det kan antas at fargespillet er forårsaket av interferens (tilsetning av lys reflektert fra toppen og bunnflater tynt lag med fuktighetsdamp frosset på vindusglasset).
Dette fenomenet ligner det vi observerer når vi ser på en såpeboble som skimrer med alle regnbuens farger.
Fargede ringer
Bruk svart blekk til å tegne en sirkel på et stykke tykt papir med en halvsirkel og buestriper. Lim den på papp og lag en topp. Når du roterer denne toppen, vil flerfargede ringer (lilla, rosa, blå eller grønn, lilla) vises i stedet for svarte mønstre. Arrangementet deres endres avhengig av rotasjonsretningen til toppen. Det er bedre å utføre eksperimentet under elektrisk belysning.
Hvis dette eksperimentet ble vist på TV, ville effekten vært den samme: På skjermen til en svart-hvitt TV ville du se flerfargede ringer. Hvorfor dette skjer er ukjent. Forskere har ennå ikke funnet en forklaring på dette fenomenet.
Konklusjon: Lysets fysiske natur har interessert mennesker siden uminnelige tider. Mange fremragende forskere, gjennom utviklingen av vitenskapelig tanke, kjempet for å løse dette problemet. Over tid ble kompleksiteten til en vanlig hvit stråle oppdaget, og dens evne til å endre oppførselen avhengig av miljø, og hans evne til å vise tegn som er iboende i både materielle elementer og naturen til elektromagnetisk stråling. Lysstrålen, utsatt for ulike tekniske påvirkninger, begynte å bli brukt innen vitenskap og teknologi i området fra skjæreverktøy, i stand til å behandle med mikronøyaktighet den nødvendige delen, til en vektløs informasjonsoverføringskanal med praktisk talt uuttømmelige muligheter.
Men før jeg etablerte meg moderne utseende om lysets natur, og lysstrålen fant sin anvendelse i menneskelivet, ble mange optiske fenomener identifisert, beskrevet, vitenskapelig underbygget og eksperimentelt bekreftet, som forekommer overalt i jordens atmosfære, fra regnbuen kjent for alle, til komplekse, periodiske luftspeilinger . Men til tross for dette har det bisarre lysspillet alltid tiltrukket og tiltrekker seg mennesker. Verken betraktningen av en vinterglorie, eller en lys solnedgang, eller en bred, halvhimmelstripe av nordlys, eller en beskjeden månesti på overflaten av vannet lar noen være likegyldige. En lysstråle som går gjennom atmosfæren på planeten vår, lyser den ikke bare opp, men gir den også unik utsikt gjør det vakkert.
Selvfølgelig forekommer mye flere optiske fenomener i atmosfæren på planeten vår, som diskuteres i dette abstraktet. Blant dem er det de som er godt kjent for oss og har blitt løst av forskere, så vel som de som fortsatt venter på oppdagerne deres. Og vi kan bare håpe at vi over tid vil være vitne til flere og flere oppdagelser innen optiske atmosfæriske fenomener, noe som indikerer allsidigheten til en vanlig lysstråle.
Litteratur:
5. "Fysikk 11", N. M. Shakhmaev, S. N. Shakhmaev, D. Sh. Shodiev, Prosveshchenie forlag, Moskva, 1991.
6. "Løse problemer i fysikk", V. A. Shevtsov, Nizhne-Volzhskoe bokforlag, Volgograd, 1999.
På skolen studerer han temaet " Optiske fenomener i atmosfæren» 6. klasse. Imidlertid er det av interesse ikke bare for det nysgjerrige sinnet til barn. i atmosfæren kombinerer de på den ene siden regnbuen, endringen i fargen på himmelen under soloppganger og solnedganger, som alle har sett mer enn én gang. På den annen side inkluderer de mystiske luftspeilinger, falske måner og soler, imponerende glorier, som før i tiden skremte folk. Mekanismen for dannelse av noen av dem er imidlertid fortsatt uklar selv i dag generelt prinsipp Grunnlaget for at optiske fenomener "lever" i naturen er godt studert av moderne fysikk.
Luftkonvolutt
Jordens atmosfære er et skall som består av en blanding av gasser og strekker seg omtrent 100 km over havet. Tettheten til luftlaget endres med avstanden fra jorden: dens største verdi er nær overflaten av planeten; den avtar med høyden. Atmosfæren kan ikke kalles en statisk formasjon. Lagene i gassskallet beveger seg konstant og blandes. Deres egenskaper endres: temperatur, tetthet, bevegelseshastighet, gjennomsiktighet. Alle disse nyansene påvirker solens stråler som suser til overflaten av planeten.
Optisk system
Prosessene som skjer i atmosfæren, så vel som dens sammensetning, bidrar til absorpsjon, brytning og refleksjon av lysstråler. Noen av dem når målet sitt - jordens overflate, mens andre blir spredt eller omdirigert tilbake til verdensrommet. Som et resultat av bøyning og oppløsning av noen stråler til et spektrum og så videre, dannes forskjellige optiske fenomener i atmosfæren.
Atmosfærisk optikk
I en tid da vitenskapen bare dukket opp, forklarte folk optiske fenomener basert på eksisterende ideer om universets struktur. Regnbuen forbandt den menneskelige verden med det guddommelige; utseendet til to falske soler på himmelen vitnet om nærmer seg katastrofer. I dag har de fleste fenomenene som skremte våre fjerne forfedre fått en vitenskapelig forklaring. Atmosfærisk optikk studerer slike fenomener. Denne vitenskapen beskriver optiske fenomener i atmosfæren basert på fysikkens lover. Hun er i stand til å forklare, om dagen, og under solnedgang og daggry skifter den farge, hvordan en regnbue dannes og hvor luftspeilinger kommer fra. Tallrike studier og eksperimenter i dag gjør det mulig å forstå slike optiske fenomener i naturen som utseendet til lysende kors, Fata Morgana og regnbueglorier.
Blå himmel
Fargen på himmelen er så kjent at vi sjelden tenker på hvorfor det er slik. Likevel vet fysikere svaret godt. Newton beviste at det under visse forhold kan dekomponeres til et spektrum. Når atmosfæren passerer gjennom, spres delen som tilsvarer blåfargen bedre. Den røde regionen er preget av en lengre bølgelengde og er 16 ganger dårligere enn den fiolette regionen når det gjelder spredning.
Samtidig ser vi himmelen ikke fiolett, men blå. Årsaken til dette ligger i særegenhetene ved strukturen til netthinnen og forholdet mellom spektrale områder i sollys. Øynene våre er mer følsomme for blått, og den fiolette delen av lysets spektrum er mindre intens enn blått.
Scarlet solnedgang
Når folk skjønte det, sluttet optiske fenomener å være bevis eller et tegn på forferdelige hendelser for dem. Den vitenskapelige tilnærmingen hindrer deg imidlertid ikke i å nyte fargerike solnedganger og milde soloppganger. Lyse røde og oransje farger sammen med rosa og blå farger gir gradvis plass til mørket om natten eller morgenlyset. Det er umulig å observere to identiske soloppganger eller solnedganger. Og årsaken til dette ligger i den samme mobiliteten til atmosfæriske lag og endringer i værforholdene.
Under solnedganger og soloppganger reiser solstrålene lengre avstand til overflaten enn om dagen. Som et resultat går spredt fiolett, blått og grønt til sidene, og direkte lys blir rødt og oransje. Skyer, støv eller ispartikler suspendert i luften bidrar til bildet av solnedgang og daggry. Lys brytes når det passerer gjennom dem, og farger himmelen mest forskjellige nyanser. I horisonten motsatt av Solen kan du ofte observere det såkalte Venusbeltet - en rosa stripe som skiller den mørke nattehimmelen og den blå daghimmelen. Det vakre optiske fenomenet, oppkalt etter den romerske kjærlighetsgudinnen, er synlig før daggry og etter solnedgang.
Regnbuebroen
Kanskje fremkaller ingen andre lysfenomener i atmosfæren så mange mytologiske historier og eventyrbilder som det er knyttet til regnbuen. En bue eller sirkel bestående av syv farger er kjent for alle siden barndommen. Det vakre atmosfæriske fenomenet som oppstår under regn, når solstrålene passerer gjennom dråpene, fascinerer selv de som har studert dens natur grundig.
Og regnbuens fysikk er ingen hemmelighet for noen i dag. Sollys, brutt av dråper med regn eller tåke, deler seg. Som et resultat ser observatøren syv farger i spekteret, fra rødt til fiolett. Grensene mellom dem er umulige å bestemme. Fargene går jevnt over i hverandre gjennom flere nyanser.
Når du observerer en regnbue, er solen alltid plassert bak en persons rygg. Sentrum av Iris sitt smil (som de gamle grekerne kalte regnbuen) ligger på en linje som går gjennom observatøren og dagslyset. Vanligvis vises en regnbue i form av en halvsirkel. Dens størrelse og form avhenger av solens posisjon og punktet der observatøren befinner seg. Jo høyere stjernen er over horisonten, jo lavere er omkretsen av det mulige utseendet til en regnbue. Når solen passerer 42º over horisonten, kan ikke en observatør på jordens overflate se en regnbue. Jo høyere over havet en person befinner seg som ønsker å beundre smilet til Iris, jo mer sannsynlig er det at han ikke vil se en bue, men en sirkel.
Dobbel, smal og bred regnbue
Ofte, sammen med den viktigste, kan du se den såkalte sideregnbuen. Hvis den første er dannet som et resultat av en enkelt refleksjon av lys, så er den andre resultatet av en dobbel refleksjon. I tillegg er hovedregnbuen preget av en viss rekkefølge av farger: rødt er plassert på yttersiden, og fiolett er plassert på innsiden, som er nærmere jordens overflate. Side "broen" er et spekter som er motsatt i rekkefølge: fiolett er på toppen. Dette skjer fordi under dobbel refleksjon fra en regndråpe, kommer strålene ut i forskjellige vinkler.
Regnbuer varierer i fargeintensitet og bredde. De lyseste og ganske smale dukker opp etter et sommertordenvær. De store dråpene som er karakteristiske for slikt regn, gir opphav til en godt synlig regnbue med tydelige farger. Små dråper gir en mer diffus og mindre merkbar regnbue.
Optiske fenomener i atmosfæren: nordlys
Et av de vakreste atmosfæriske optiske fenomenene er nordlys. Det er typisk for alle planeter med en magnetosfære. På jorden observeres nordlys på høye breddegrader på begge halvkuler, i områder rundt magnetiske poler planeter. Oftest kan du se en grønnaktig eller blågrønn glød, noen ganger supplert i kantene med blink av rødt og rosa. Det intense nordlyset er formet som bånd eller folder av stoff, som blir til flekker når de blekner. Stripene, flere hundre kilometer høye, står tydelig frem langs nedre kant mot den mørke himmelen. Den øvre grensen til nordlyset går tapt i høyden.
Disse vakre optiske fenomenene i atmosfæren holder fortsatt sine hemmeligheter for mennesker: mekanismen for forekomsten av noen typer glød og årsaken til den knitrende støyen som oppstår under skarpe blink, er ikke fullt ut studert. Imidlertid er det generelle bildet av dannelsen av nordlys kjent i dag. Himmelen over nord- og sørpolene lyser grønnrosa når ladede partikler fra solvinden kolliderer med atomer øvre lag jordens atmosfære. Som et resultat av interaksjon mottar sistnevnte ekstra energi og sender den ut i form av lys.
Halo
Solen og månen dukker ofte opp foran oss omgitt av en glorie-lignende glød. Denne haloen er en godt synlig ring rundt lyskilden. I atmosfæren dannes den oftest på grunn av de minste ispartiklene som dannes høyt over jorden. Avhengig av formen og størrelsen på krystallene endres egenskapene til fenomenet. Ofte ser glorien ut som en regnbuesirkel som et resultat av dekomponeringen av lysstrålen til et spektrum.
En interessant type fenomen kalles parhelia. Som et resultat av lysbrytningen i iskrystaller på nivå med solen, dannes det to lysflekker som minner om dagslyset. I historiske kronikker kan du finne beskrivelser av dette fenomenet. Tidligere ble det ofte ansett som en varsler om forferdelige hendelser.
luftspeiling
Mirages er også optiske fenomener i atmosfæren. De oppstår som et resultat av lysbrytningen ved grensen mellom luftlag som avviker betydelig i tetthet. Litteraturen beskriver mange tilfeller når en reisende i ørkenen så oaser eller til og med byer og slott som ikke kunne være i nærheten. Oftest er dette "lavere" luftspeilinger. De vises over en flat overflate (ørken, asfalt) og representerer et reflektert bilde av himmelen, som fremstår for observatøren som en vannmasse.
Såkalte overlegne luftspeilinger er mindre vanlige. De dannes over en kald overflate. Overlegne luftspeilinger kan være rette eller inverterte, noen ganger kombinerer begge posisjonene. Den mest kjente representanten for disse optiske fenomenene er Fata Morgana. Dette er en kompleks luftspeiling som kombinerer flere typer refleksjoner samtidig. Virkelig eksisterende objekter vises foran observatøren, gjentatte ganger reflektert og flyttet.
Atmosfærisk elektrisitet
Elektriske og optiske fenomener i atmosfæren nevnes ofte sammen, selv om årsakene til deres forekomst er forskjellige. Skypolarisering og lyndannelse er assosiert med prosesser som skjer i troposfæren og ionosfæren. Gigantiske gnistutladninger dannes vanligvis under tordenvær. Lyn oppstår inne i skyer og kan treffe bakken. De er en trussel mot menneskeliv, og dette er en av grunnene til vitenskapelig interesse for slike fenomener. Noen egenskaper ved lyn er fortsatt et mysterium for forskere. I dag er årsaken til kulelyn ukjent. Som med noen aspekter av teorien om nordlys og luftspeilinger, fortsetter elektriske fenomener å fascinere forskere.
Optiske fenomener i atmosfæren, kort beskrevet i artikkelen, blir mer og mer forståelige for fysikere hver dag. Samtidig slutter de, som lyn, aldri å forbløffe folk med sin skjønnhet, mystikk og noen ganger storhet.
1. Optiske fenomener i atmosfæren var de første optiske effektene observert av mennesker. Med forståelsen av naturen til disse fenomenene og naturen til menneskelig syn, begynte dannelsen av lysproblemet.
Totalt antall optiske fenomener i atmosfæren er svært store. Bare de mest kjente fenomenene vil bli vurdert her - luftspeilinger, regnbuer, glorier, kroner, blinkende stjerner, blå himmel og skarlagenrød daggry. Dannelsen av disse effektene er assosiert med slike egenskaper til lys som brytning ved grensesnitt, interferens og diffraksjon.
2. Atmosfærisk brytning – dette er bøyningen av lysstråler når de passerer gjennom planetens atmosfære. Avhengig av kildene til stråler, skilles de astronomiske og terrestriske brytning. I det første tilfellet kommer strålene fra himmellegemer(stjerner, planeter), i det andre tilfellet - fra jordiske objekter. Som et resultat av atmosfærisk brytning ser observatøren et objekt som ikke er der det er, eller ikke har den formen det har.
3. Astronomisk brytning var kjent allerede på Ptolemaios tid (2. århundre e.Kr.). I 1604 foreslo J. Kepler at jordens atmosfære har en tetthet uavhengig av høyde og en viss tykkelse h(Fig. 199). Stråle 1 kommer fra stjernen S rett til observatøren EN i en rett linje, vil ikke treffe øyet hans. Etter å ha brutt på grensen til vakuum og atmosfære, vil det treffe poenget I.
Stråle 2 vil treffe observatørens øye, som i fravær av brytning i atmosfæren ville måtte passere. Som et resultat av refraksjon (refraksjon) vil observatøren se stjernen i en annen retning enn S, og på fortsettelsen av strålen brutt i atmosfæren, det vil si i retning S 1 .
Hjørne γ , hvorved den avviker mot senit Z stjernens tilsynelatende plassering S 1 sammenlignet med sann posisjon S, kalt brytningsvinkel. På Keplers tid var brytningsvinkler allerede kjent fra resultatene av astronomiske observasjoner av noen stjerner. Derfor brukte Kepler denne ordningen for å estimere tykkelsen på atmosfæren h. Ifølge hans beregninger viste det seg h» 4 km. Hvis vi beregner med massen til atmosfæren, er dette omtrent to ganger mindre enn den sanne.
I virkeligheten avtar tettheten av jordens atmosfære med høyden. Derfor er de nedre luftlagene optisk tettere enn de øvre lagene. Lysstråler som går skrått mot jorden brytes ikke på ett punkt på grensen til vakuumet og atmosfæren, som i Keplers skjema, men bøyes gradvis langs hele banen. Dette ligner på hvordan en lysstråle passerer gjennom en stabel med gjennomsiktige plater, hvis brytningsindeks er høyere, jo lavere platen er plassert. Imidlertid manifesterer den samlede effekten av refraksjon seg på samme måte som i Keplers skjema. La oss merke oss to fenomener forårsaket av astronomisk brytning.
EN. De tilsynelatende posisjonene til himmelobjekter skifter mot senit ved brytningsvinkel γ
. Jo lavere en stjerne er i horisonten, desto mer merkbart stiger dens tilsynelatende posisjon på himmelen sammenlignet med dens sanne (fig. 200). Derfor er bildet av stjernehimmelen observert fra jorden noe deformert mot midten. Bare poenget beveger seg ikke S, plassert på senit. Takket være atmosfærisk brytning kan stjerner som ligger litt under den geometriske horisonten observeres.
Brytningsvinkelverdier γ reduseres raskt med økende vinkel β høyden på armaturet over horisonten. På β = 0 γ = 35" . Dette er den maksimale brytningsvinkelen. På β = 5º γ = 10" , kl β = 15º γ = 3" , kl β = 30º γ = 1" . For armaturer hvis høyde β > 30º, brytningsforskyvning γ < 1" .
b. Solen lyser opp mer enn halve jordklodens overflate. Strålene 1 - 1, som i fravær av atmosfære skal berøre jorden ved punktene i det diametrale snittet DD, takket være atmosfæren berører de den litt tidligere (fig. 201).
Jordens overflate berøres av strålene 2 - 2, som uten atmosfæren ville passert. Som et resultat, terminatorlinjen BB, som skiller lys fra skygge, skifter til området på natthalvkulen. Derfor er dagoverflatearealet på jorden større enn nattoverflatearealet.
4. Terrestrisk brytning. Hvis fenomenene astronomisk brytning skyldes global brytningseffekt av atmosfæren, så skyldes fenomenene terrestrisk brytning lokale atmosfæriske endringer, vanligvis assosiert med temperaturavvik. De mest bemerkelsesverdige manifestasjonene av terrestrisk brytning er luftspeilinger.
EN. Superior Mirage(fra fr. luftspeiling). Det er vanligvis observert i arktiske områder med klar luft og lave overflatetemperaturer på jorden. Den sterke avkjølingen av overflaten her skyldes ikke bare den lave posisjonen til solen over horisonten, men også at overflaten dekket med snø eller is reflekterer det meste av strålingen ut i verdensrommet. Som et resultat, i grunnlaget, når vi nærmer oss jordens overflate, synker temperaturen veldig raskt og den optiske tettheten til luften øker.
Strålekrumningen mot Jorden er noen ganger så betydelig at objekter som befinner seg langt utenfor den geometriske horisonten blir observert. Stråle 2 i fig. 202, som i en normal atmosfære vil gå inn i de øvre lagene, er i dette tilfellet bøyd mot jorden og går inn i observatørens øye.
Tilsynelatende er dette akkurat den typen luftspeiling som representerer de legendariske "Flying Dutchmen" - spøkelser av skip som faktisk befinner seg hundrevis og til og med tusenvis av kilometer unna. Det som er overraskende med de overlegne luftspeilingene er at det ikke er noen merkbar reduksjon i den tilsynelatende størrelsen på kroppene.
For eksempel, i 1898, observerte mannskapet på Bremen-skipet Matador et spøkelsesskip, hvis tilsynelatende dimensjoner tilsvarte en avstand på 3-5 miles. Faktisk, som det senere viste seg, var dette skipet på den tiden omtrent tusen mil unna. (1 nautisk mil er lik 1852 m). Overflateluft bøyer ikke bare lysstråler, men fokuserer dem også som et komplekst optisk system.
Under normale forhold synker lufttemperaturen med økende høyde. Omvendt temperaturforløp, når temperaturen stiger med økende høyde, kalles temperaturinversjon. Temperaturinversjoner kan forekomme ikke bare i arktiske soner, men også på andre, lavere breddegrader. Derfor kan overlegne luftspeilinger oppstå overalt hvor luften er tilstrekkelig ren og der temperaturinversjoner forekommer. For eksempel er fjernsynsspeilinger noen ganger observert på Middelhavskysten. Temperaturinversjonen skapes her av varm luft fra Sahara.
b. Inferior Mirage oppstår når temperaturen snur og observeres vanligvis i ørkener i varme tider. Ved middagstid, når solen står høyt, varmes sandjorden i ørkenen, bestående av partikler av faste mineraler, opp til 50 grader eller mer. Samtidig, i en høyde på flere titalls meter, forblir luften relativt kald. Derfor er brytningsindeksen til luftlagene plassert over merkbart større sammenlignet med luften nær bakken. Dette fører også til bøyning av strålene, men inn motsatt side(Fig. 203).
Lysstråler som kommer fra deler av himmelen lavt over horisonten, plassert overfor observatøren, bøyes konstant oppover og kommer inn i observatørens øye i retning fra bunn til topp. Som et resultat, på deres fortsettelse på overflaten av jorden, ser observatøren en refleksjon av himmelen, som minner om en vannoverflate. Dette er den såkalte "innsjø"-mirage.
Effekten blir enda mer forsterket når det er steiner, åser, trær og bygninger i observasjonsretningen. I dette tilfellet er de synlige som øyer midt i en stor innsjø. Dessuten er ikke bare objektet synlig, men også dets refleksjon. Av arten av krumningen til strålene fungerer overflatelaget av luft som et speil av vannoverflaten.
5. Regnbue. Det er fargerikt et optisk fenomen observert under regn, opplyst av solen og representerer et system av konsentriske fargede buer.
Den første teorien om regnbuen ble utviklet av Descartes i 1637. På dette tidspunktet var følgende eksperimentelle fakta relatert til regnbuen kjent:
EN. Sentrum av regnbuen O er på den rette linjen som forbinder solen med observatørens øye(Fig. 204).
b. Rundt Eye-Sun symmetrilinjen er det en farget bue med en vinkelradius på ca. 42° . Fargene er ordnet, tellende fra midten, i rekkefølgen: blå (d), grønn (h), rød (j)(linjegruppe 1). Dette hovedregnbuen. Inne i hovedregnbuen er det svake flerfargede buer av rødlige og grønnlige nyanser.
V. Det andre systemet av buer med en hjørneradius på ca 51° kalt en sekundær regnbue. Fargene er mye blekere og går i omvendt rekkefølge, tellende fra midten, rød, grønn, blå (gruppe av linjer 2) .
G. Hovedregnbuen vises bare når solen er over horisonten i en vinkel på ikke mer enn 42°.
Som Descartes etablerte, er hovedårsaken til dannelsen av hoved- og sekundærregnbuen brytning og refleksjon av lysstråler i regndråper. La oss vurdere hovedbestemmelsene i hans teori.
6. Refraksjon og refleksjon av en monokromatisk stråle i en dråpe. La en monokromatisk stråle av intensitet Jeg 0 faller på en sfærisk dråpe med radius R på avstand y fra aksen i planet til diametralsnittet (fig. 205). På treffpunktet EN en del av strålen reflekteres, og hoveddelen reflekteres av intensiteten Jeg 1 går inn i dråpen. På punktet B mesteparten av strålen går inn i luften (i fig. 205 gikk den ut i I strålen er ikke vist), og en mindre del reflekteres og faller på punktet MED. Gikk ut på punktet MED stråleintensitet Jeg 3 er involvert i dannelsen av hovedregnbuen og svake sekundære bånd i hovedregnbuen.
La oss finne vinkelen θ , hvorunder strålen kommer frem Jeg 3 i forhold til den innfallende stråle Jeg 0 . Merk at alle vinkler mellom strålen og normalen inne i dråpen er like og lik brytningsvinkelen β . (Trekanter OAV Og OBC likebent). Uansett hvor mye strålen "snurrer" inne i dråpen, er alle innfalls- og refleksjonsvinkler like og lik brytningsvinkelen β . Av denne grunn kan enhver stråle som kommer fra et fall på punkter I, MED osv., kommer ut i samme vinkel lik innfallsvinkelen α .
For å finne vinkelen θ stråleavbøyning Jeg 3 fra originalen, må du summere avviksvinklene ved punktene EN, I Og MED: q = (α – β) + (π – 2β) + (α - β) = π + 2α – 4β . (25.1)
Det er mer praktisk å måle en spiss vinkel φ = π – q = 4β – 2α . (25.2)
Etter å ha utført beregninger for flere hundre stråler, fant Descartes at vinkelen φ med vekst y, det vil si når strålen beveger seg bort Jeg 0 fra fallaksen, første økning i absolutt verdi, kl y/R≈ 0,85 får en maksimal verdi og begynner deretter å synke.
Nå er dette grenseverdien for vinkelen φ finner du ved å undersøke funksjonen φ til det ytterste ved på. Siden synd α = yçR, og synd β = yçR· n, Det α = arcsin( yçR), β = arcsin( yçRn). Deretter
, 
. (25.3)
Ved å spre begrepene inn i forskjellige deler av ligningen og kvadrere dem, får vi:
, Þ (25,4)
For gult D-natriumlinjer λ = 589,3 nm brytningsindeks for vann n= 1,333. Punktavstand EN forekomst av denne strålen fra aksen y= 0,861R. Begrensningsvinkelen for denne strålen er
Jeg lurer på hva poenget er I den første refleksjonen av strålen i dråpen er også maksimalt fjernt fra dråpens akse. Etter å ha utforsket den ekstreme vinkelen d= s– α – ε = s– α – (s– 2β ) = 2β – α i størrelse på, vi får samme tilstand, på= 0,861R Og d= 42,08°/2 = 21,04°.
Figur 206 viser avhengigheten av vinkelen φ , hvorunder strålen kommer ut av dråpen etter den første refleksjonen (formel 25.2), fra punktets posisjon EN inntreden av strålen i dråpen. Alle stråler reflekteres inne i en kjegle med en spissvinkel på ≈ 42º.
Det er veldig viktig for dannelsen av en regnbue at strålene kommer inn i dråpen i et sylindrisk lag med tykkelse уçR fra 0,81 til 0,90, kommer ut etter refleksjon i den tynne veggen av kjeglen i vinkelområdet fra 41,48º til 42,08º. Den ytre veggen til kjeglen er glatt (det er et ytterpunkt av vinkelen φ
), er innsiden løs. Vinkelveggtykkelse ≈ 20 bueminutter. For passerende stråler oppfører dråpen seg som en linse med brennvidde f= 1,5R. Stråler kommer inn i dråpen langs hele overflaten av den første halvkule, reflekteres tilbake av en divergerende stråle i rommet til en kjegle med en aksial vinkel på ≈ 42º, og passerer gjennom et vindu med en vinkelradius på ≈ 21º (fig. 207) ).
7. Intensiteten til strålene som kommer ut av dråpen. Her skal vi kun snakke om strålene som kom ut av dråpen etter 1. refleksjon (fig. 205). Hvis en stråle inntreffer på en dråpe på skrå α , har intensitet Jeg 0, så har strålen som går inn i dråpen en intensitet Jeg 1 = Jeg 0 (1 – ρ ), Hvor ρ –t.
For upolarisert lys, reflektans ρ kan beregnes ved hjelp av Fresnel-formelen (17.20). Siden formelen inkluderer kvadratene av funksjonene til forskjellen og summen av vinkler α Og β , så avhenger ikke refleksjonskoeffisienten av om strålen går inn i dråpen eller fra dråpen. Fordi vinklene α Og β på poeng EN, I, MED er de samme, så koeffisienten ρ på alle punkter EN, I, MED det samme. Derfor intensiteten til strålene Jeg 1 = Jeg 0 (1 – ρ ), Jeg 2 = Jeg 1 ρ = Jeg 0 ρ (1 – ρ ), Jeg 3 = Jeg 2 (1 – ρ ) = Jeg 0 ρ (1 – ρ ) 2 .
Tabell 25.1 viser vinkelverdiene φ , koeffisient ρ og intensitetsforhold Jeg 3 çI 0 beregnet ved forskjellige avstander уçR stråleinngang for gul natriumlinje λ = 589,3 nm. Som det fremgår av tabellen, når på≤ 0,8R inn i strålen Jeg 3, faller mindre enn 4 % av energien fra strålen som faller inn på dråpen. Og bare fra på= 0,8R og mer opp til på= R intensiteten til den frigjorte strålen Jeg 3 øker flere ganger.
| Tabell 25.1 |
|||||
| y/R | α ,º | β ,º | φ ,º | ρ | Jeg 3 /Jeg 0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0,020 | 0,019 |
| 0,30 | 17,38 | 12,94 | 16,99 | 0,020 | 0,019 |
| 0,50 | 29,87 | 21,89 | 27,82 | 0,021 | 0,020 |
| 0,60 | 36,65 | 26,62 | 33,17 | 0,023 | 0,022 |
| 0,65 | 40,36 | 29,01 | 35,34 | 0,025 | 0,024 |
| 0,70 | 44,17 | 31,52 | 37,73 | 0,027 | 0,025 |
| 0,75 | 48,34 | 34,09 | 39,67 | 0,031 | 0,029 |
| 0,80 | 52,84 | 36,71 | 41,15 | 0,039 | 0,036 |
| 0,85 | 57,91 | 39,39 | 42,08 | 0,052 | 0,046 |
| 0,90 | 63,84 | 42,24 | 41,27 | 0,074 | 0,063 |
| 0,95 | 71,42 | 45,20 | 37,96 | 0,125 | 0,095 |
| 1,00 | 89,49 | 48,34 | 18,00 | 0,50 | 0,125 |
Så strålene som kommer ut av dråpen i maksimal vinkel φ , har betydelig større intensitet sammenlignet med andre stråler av to grunner. For det første på grunn av den sterke vinkelkompresjonen av strålen i den tynne veggen av kjeglen, og for det andre på grunn av lavere tap i dråpen. Bare intensiteten av disse strålene er tilstrekkelig til å forårsake følelsen av glitteret av en dråpe i øyet.
8. Dannelse av hovedregnbuen. Når lys faller på en dråpe på grunn av spredning, deler strålen seg. Som et resultat blir veggen til kjeglen med lys refleksjon lagdelt etter farge (fig. 208). Fiolette stråler ( l= 396,8 nm) kommer ut i en vinkel j= 40°36", rød ( l= 656,3 nm) – i en vinkel j= 42°22". I dette vinkelintervallet D φ
= 1°46" inneholder hele spekteret av stråler som kommer fra en dråpe. Fiolette stråler danner den indre kjeglen, røde danner den ytre. Hvis regndråper opplyst av solen blir sett av en observatør, kommer de hvis stråler fra kjeglen inn øyet blir sett på som det lyseste. Som et resultat blir alle dråper som befinner seg i forhold til solstrålen som passerer gjennom observatørens øye, i en vinkel på en rød kjegle, sett på som røde, og i en vinkel på en grønn kjegle, grønn (Fig. 209).
9. Dannelse av en sekundær regnbue oppstår på grunn av strålene som kommer ut av dråpen etter den andre refleksjonen (fig. 210). Intensiteten til strålene etter den andre refleksjonen er omtrent en størrelsesorden lavere sammenlignet med strålene etter den første refleksjonen og har omtrent samme kurs med endring уçR.
Strålene som kommer ut av dråpen etter den andre refleksjonen danner en kjegle med en spissvinkel på ≈ 51º. Hvis primærkjeglen har en glatt side på utsiden, så har sekundærkjeglen en glatt side på innsiden. Det er praktisk talt ingen stråler mellom disse kjeglene. Jo større regndråpene er, desto lysere blir regnbuen. Når dråpestørrelsen avtar, blekner regnbuen. Når regn går over til duskregn R≈ 20 – 30 µm degenererer regnbuen til en hvitaktig bue med nesten umulige farger.
10. Halo(fra gresk halōs- ring) er et optisk fenomen som vanligvis representerer regnbuen sirkler rundt skiven til solen eller månen med vinkelradius 22º Og 46º. Disse sirklene er dannet som et resultat av lysbrytningen av iskrystaller som ligger i cirrusskyer, formet som sekskantede vanlige prismer.
Snøfnugg som faller til bakken er svært forskjellige i form. Imidlertid er krystallene dannet som følge av kondensering av damper i de øvre lagene av atmosfæren hovedsakelig i form av sekskantede prismer. Av alle mulige alternativer for å føre en stråle gjennom et sekskantet prisme, er tre de viktigste (fig. 211).
I tilfelle (a) passerer strålen gjennom de motsatte parallelle flatene av prismet uten å splittes eller avbøyes.
I tilfelle (b) passerer strålen gjennom overflatene til prismet, og danner en vinkel på 60º mellom seg, og brytes som i et spektralprisme. Intensiteten til strålen som kommer ut ved vinkelen med minste avvik på 22º er maksimal. I det tredje tilfellet (c) passerer strålen gjennom sideflaten og bunnen av prismet. Brytningsvinkelen er 90º, vinkelen med minste avvik er 46º. I begge de sistnevnte tilfellene er de hvite strålene splittet, de blå strålene avbøyes mer og de røde mindre. 
Tilfellene (b) og (c) forårsaker utseendet av ringer observert i transmitterte stråler og med vinkeldimensjoner på 22º og 46º (fig. 212).
Vanligvis er den ytre ringen (46º) lysere enn den indre ringen, og begge har en rødlig fargetone. Dette forklares ikke bare av den intense spredningen av blå stråler i skyen, men også av det faktum at spredningen av blå stråler i prismet er større enn for røde. Derfor kommer blå stråler ut av krystallene i en svært divergerende stråle, og det er grunnen til at intensiteten avtar. Og de røde strålene kommer ut i en smal stråle med betydelig større intensitet. På gunstige forhold, når det er mulig å skille farger, er den indre delen av ringene rød, den ytre delen er blå.
10. Kroner– lette tåkete ringer rundt armaturets skive. Deres vinkelradius er mye mindre enn haloradiusen og overstiger ikke 5º. Kroner oppstår på grunn av diffraksjonsspredning av stråler på vanndråper som danner en sky eller tåke.
Hvis dråpens radius R, da blir det første diffraksjonsminimum i parallelle stråler observert i en vinkel j = 0,61∙lçR(se formel 15.3). Her l- lysets bølgelengde. Diffraksjonsmønstrene til individuelle dråper i parallelle stråler faller sammen, som et resultat øker intensiteten til lysringene.
Diameteren på kronene kan brukes til å bestemme størrelsen på dråpene i skyen. Jo større dråper (flere R), jo mindre vinkelstørrelsen er på ringen. De største ringene observeres fra de minste dråpene. Ved avstander på flere kilometer er diffraksjonsringer fortsatt merkbare når dråpestørrelsen er minst 5 mikron. I dette tilfellet j maks = 0,61 lçR≈ 5 ¸ 6°.
Fargen på kronenes lysringer er veldig svak. Når det er merkbart, har ytterkanten av ringene en rødlig farge. Det vil si at fordelingen av farger i kronene er omvendt til fordelingen av farger i glorieringene. I tillegg vinkeldimensjoner dette gjør det også mulig å skille mellom kroner og glorier. Hvis det er dråper av et bredt spekter av størrelser i atmosfæren, danner ringene til kronene, som overlapper hverandre, en generell lys glød rundt armaturets skive. Denne utstrålingen kalles halo.
11. Blå farge på himmelen og skarlagenrød farge av daggry. Når solen er over horisonten, vises en skyfri himmel blå. Faktum er at fra strålene fra solspekteret, i samsvar med Rayleighs lov Jeg diss ~ 1 /l 4 korte blå, cyan og fiolette stråler er mest intenst spredt.
Hvis solen er lavt over horisonten, oppfattes skiven som rødrød av samme grunn. På grunn av den intense spredningen av kortbølget lys, når hovedsakelig svakt spredte røde stråler observatøren. Spredningen av stråler fra den stigende eller nedgående solen er spesielt stor fordi strålene reiser lang avstand nær jordoverflaten, hvor konsentrasjonen av spredningspartikler er spesielt høy.
Morgen- eller kveldsgry - farging av den delen av himmelen som er nær solen rosa farge– forklares med diffraksjonsspredning av lys på iskrystaller i de øvre lagene av atmosfæren og geometrisk refleksjon av lys fra krystallene.
12. Blinkende stjerner– Dette er raske endringer i lysstyrken og fargen til stjerner, spesielt merkbare nær horisonten. Stjerneglimt er forårsaket av brytning av stråler i raskt passerende luftstrømmer, som på grunn av forskjellige tettheter har forskjellige brytningsindekser. Som et resultat oppfører atmosfærelaget som strålen passerer seg som en linse med variabel brennvidde. Det kan enten være innsamling eller strøing. I det første tilfellet er lyset konsentrert, lysstyrken til stjernen øker, i det andre er lyset spredt. En slik endring i fortegn registreres opptil hundrevis av ganger per sekund.
På grunn av spredning blir strålen dekomponert til stråler forskjellige farger, som følger forskjellige stier og kan divergere jo mer, jo lavere stjernen er i horisonten. Avstanden mellom de fiolette og røde strålene fra én stjerne kan nå 10 meter på jordoverflaten. Som et resultat ser observatøren en kontinuerlig endring i lysstyrken og fargen til stjernen.
Lyceum Petru Movila
Kursarbeid i fysikk om emnet:
Optiske atmosfæriske fenomener
Arbeid til en elev i klasse 11A
Bolubash Irina
Chisinau 2006 -
Plan:
1. Introduksjon
EN) Hva er optikk?
b) Typer optikk
2. Jordens atmosfære som et optisk system
3. Solnedgang
EN) Himmelfargeendring
b) solstråler
V) Det unike med solnedganger
4. Regnbue
EN) Regnbueutdanning
b) En rekke regnbuer
5. Auroras
EN) Typer nordlys
b) Solvind som årsak til nordlys
6. Halo
EN) Lys og is
b) Prismekrystaller
7. luftspeiling
EN) Forklaring av den nedre ("innsjø") mirage
b)Øvre luftspeilinger
V) Doble og trippel luftspeilinger
G) Ultra Long Vision Mirage
d) Alpelegende
e) Overtro parade
8. Noen mysterier av optiske fenomener
Introduksjon
Hva er optikk?
De første ideene til eldgamle forskere om lys var veldig naive. Det ble antatt at spesielle tynne tentakler dukker opp fra øynene og synsinntrykk oppstår når de kjenner gjenstander. På den tiden ble optikk forstått som vitenskapen om syn. Dette er den nøyaktige betydningen av ordet "optikk". I middelalderen forvandlet optikk seg gradvis fra vitenskapen om syn til vitenskapen om lys. Dette ble tilrettelagt av oppfinnelsen av linser og camera obscura. I moderne tid er optikk en gren av fysikken som studerer utslipp av lys, dets forplantning i ulike medier og interaksjon med materie. Når det gjelder spørsmål knyttet til syn, øyets struktur og funksjon, ble de et spesielt vitenskapelig felt kalt fysiologisk optikk.
Begrepet "optikk" i moderne vitenskap har en mangefasettert betydning. Disse inkluderer atmosfærisk optikk, molekylær optikk, elektronoptikk, nøytronoptikk, ikke-lineær optikk, holografi, radiooptikk, pikosekundoptikk, adaptiv optikk og mange andre fenomener og metoder for vitenskapelig forskning som er nært knyttet til optiske fenomener.
De fleste av de listede typene optikk, som et fysisk fenomen, er kun tilgjengelige for vår observasjon ved bruk av spesielle tekniske enheter. Dette kan være laserinstallasjoner, røntgenstrålere, radioteleskoper, plasmageneratorer og mange andre. Men de mest tilgjengelige og samtidig de mest fargerike optiske fenomenene er atmosfæriske. De er enorme i skala og er et produkt av samspillet mellom lys og jordens atmosfære.
Jordens atmosfære som et optisk system
Planeten vår er omgitt av et gassformet skall, som vi kaller atmosfæren. Etter å ha sin største tetthet nær jordoverflaten og gradvis tynnes ut når den stiger, når den en tykkelse på mer enn hundre kilometer. Og dette er ikke et frossent gassmedium med homogene fysiske data. Tvert imot er jordens atmosfære i konstant bevegelse. Under påvirkning av forskjellige faktorer blandes lagene, endrer tetthet, temperatur, gjennomsiktighet og beveger seg over lange avstander med forskjellige hastigheter.
For lysstråler som kommer fra solen eller andre himmellegemer, er jordens atmosfære et slags optisk system med konstant skiftende parametere. Når den befinner seg på deres vei, reflekterer den en del av lyset, sprer det, passerer det gjennom hele atmosfærens tykkelse, gir belysning av jordoverflaten, under visse forhold, bryter det ned i komponenter og bøyer strålene, og forårsaker derved ulike atmosfæriske fenomener. De mest uvanlige fargerike er solnedgang, regnbue, nordlys, luftspeiling, sol- og måneglori.
Solnedgang
Det enkleste og mest tilgjengelige atmosfæriske fenomenet å observere er solnedgangen til vårt himmellegeme - Solen. Ekstraordinært fargerik, det gjentar seg aldri. Og bildet av himmelen og dens forandring under solnedgang er så lyst at det vekker beundring hos enhver person.
Når solen nærmer seg horisonten, mister ikke bare lysstyrken, men begynner også gradvis å endre fargen - kortbølgedelen (røde farger) i spekteret blir stadig mer undertrykt. Samtidig begynner himmelen å farge. I nærheten av solen får den gulaktige og oransje toner, og over den antisolare delen av horisonten vises en blek stripe med et svakt uttrykt utvalg av farger.Når solen går ned, som allerede har fått en mørk rød farge, strekker en lys stripe av daggry seg langs solhorisonten, hvis farge endres fra bunn til topp fra oransje-gul til grønnblå. En rund, lys, nesten ufarget glød sprer seg over den. Samtidig, nær den motsatte horisonten, begynner et matt blågrå segment av jordens skygge, avgrenset av et rosa belte, sakte å stige ("Venusbeltet").
Når Solen synker dypere under horisonten, oppstår det en raskt spredende rosa flekk – den s.k. "lilla lys", og når sin største utvikling på en dybde av solen under horisonten på omtrent 4-5 o. Skyer og fjelltopper er fylt med skarlagensrøde og lilla toner, og hvis skyer eller høye fjell er utenfor horisonten, strekker skyggene deres seg nær solsiden av himmelen og blir rikere. Helt i horisonten blir himmelen tett rød, og over den fargerike himmelen strekker lysstrålene seg fra horisont til horisont i form av tydelige radielle striper ("Buddhas stråler"). I mellomtiden nærmer jordens skygge seg raskt himmelen, konturene blir uklare, og den rosa kanten er knapt merkbar. 
Gradvis blekner det lilla lyset, skyene mørkere, silhuettene deres vises tydelig mot bakgrunnen av den falmende himmelen, og bare i horisonten, der solen har forsvunnet, gjenstår et lyst flerfarget segment av daggry. Men den krymper og falmer gradvis, og ved begynnelsen av astronomisk skumring blir den til en grønn-hvitaktig smal stripe. Til slutt forsvinner hun også - natten faller på. Bildet som beskrives bør kun betraktes som typisk for klart vær. I virkeligheten er mønsteret av solnedgangsstrøm gjenstand for store variasjoner. Med økt luftturbiditet er fargene på daggry vanligvis falmet, spesielt nær horisonten, hvor i stedet for røde og oransje toner, noen ganger bare en svak brun farge vises. Ofte utvikler simultane daggry-fenomener seg forskjellig i forskjellige deler av himmelen. Hver solnedgang har en unik personlighet, og dette bør betraktes som et av deres mest karakteristiske trekk.
Den ekstreme individualiteten til solnedgangsstrømmen og variasjonen av optiske fenomener som følger med den, avhenger av forskjellige optiske egenskaper ved atmosfæren - først og fremst dens dempning og spredningskoeffisienter, som manifesterer seg forskjellig avhengig av senitavstanden til solen, observasjonsretningen og høyden til observatøren.
Regnbue
Regnbuen er et vakkert himmelfenomen som alltid har tiltrukket seg menneskelig oppmerksomhet. I tidligere tider, da folk fremdeles visste lite om verden rundt dem, ble regnbuen ansett som et «himmelsk tegn». Så de gamle grekerne trodde at regnbuen var smilet til gudinnen Iris. En regnbue observeres i motsatt retning av solen, mot bakgrunn av regnskyer eller regn. Den flerfargede buen er vanligvis plassert i en avstand på 1-2 km fra observatøren, og noen ganger kan den observeres i en avstand på 2-3 m mot bakgrunnen av vanndråper dannet av fontener eller vannspray.
Sentrum av regnbuen ligger på fortsettelsen av den rette linjen som forbinder solen og observatørens øye - på antisollinjen. Vinkelen mellom retningen mot hovedregnbuen og antisollinjen er 41º - 42º
I øyeblikket for soloppgang er antisolpunktet på horisontlinjen, og regnbuen ser ut som en halvsirkel. Når solen står opp, beveger det antisolare punktet seg under horisonten og størrelsen på regnbuen avtar. Den representerer bare en del av en sirkel.
En sekundær regnbue observeres ofte, konsentrisk med den første, med en vinkelradius på omtrent 52º og fargene i motsatt rekkefølge.
Hovedregnbuen dannes av refleksjon av lys i vanndråper. En sideregnbue dannes som et resultat av dobbel refleksjon av lys inne i hver dråpe. I dette tilfellet går lysstrålene ut av dråpen i andre vinkler enn de som produserer hovedregnbuen, og fargene i den sekundære regnbuen er i motsatt rekkefølge.
Strålebane i en vanndråpe: a - med en refleksjon, b - med to refleksjoner
Når solens høyde er 41º, slutter hovedregnbuen å være synlig og bare en del av sideregnbuen stikker ut over horisonten, og når solens høyde er mer enn 52º, er heller ikke sideregnbuen synlig. Derfor, på midt-ekvatoriale breddegrader, blir dette naturfenomenet aldri observert i løpet av middagstimene.
Regnbuen har syv primærfarger, som går jevnt over fra den ene til den andre. Type bue, lysstyrken på fargene og bredden på stripene avhenger av størrelsen på vanndråpene og antallet. Store dråper skaper en smalere regnbue, med skarpt fremtredende farger, små dråper skaper en uskarp, falmet og jevn hvit bue. Det er derfor en lys, smal regnbue er synlig om sommeren etter et tordenvær, hvor store dråper faller. Variasjonen av optiske fenomener i atmosfæren skyldes av ulike grunner. De vanligste fenomenene inkluderer lyn og de svært pittoreske nordlige og sørlige nordlysene. I tillegg er regnbuen, glorie, parhelium (falsk sol) og buer, korona, glorier og Brocken-spøkelser, mirages, St. Elmo-ild, lysende skyer, grønne og crepuskulære stråler spesielt interessante. Regnbuen er det vakreste atmosfæriske fenomenet. Vanligvis er dette en enorm bue som består av flerfargede striper, observert når solen bare lyser opp en del av himmelen og luften er mettet med vanndråper, for eksempel under regn. De flerfargede buene er ordnet i en spektralsekvens (rød, oransje, gul, grønn, blå, indigo, fiolett), men fargene er nesten aldri rene fordi stripene overlapper hverandre. Som regel varierer de fysiske egenskapene til regnbuer betydelig, og derfor er de veldig forskjellige i utseende. Deres fellestrekk er at sentrum av buen alltid er plassert på en rett linje trukket fra solen til observatøren. En lava-regnbue er en bue som består av de lyseste fargene - rød på utsiden og lilla på innsiden. Noen ganger er bare én bue synlig, men ofte med utenfor Hovedregnbuen fremstår som en sekundær. Hun har ikke så mye sterke farger, som den første, og de røde og lilla stripene i den bytter plass: den røde er plassert på innsiden.
Dannelsen av hovedregnbuen forklares av dobbel brytning og enkel intern refleksjon av sollysstråler. Når den trenger inn i en vanndråpe (A), brytes en lysstråle og brytes ned, som om den passerer gjennom et prisme. Deretter når den den motsatte overflaten av dråpen, reflekteres fra den og lar dråpen stå utenfor. I dette tilfellet brytes lysstrålen en gang til før den når observatøren. Den innledende hvite strålen dekomponeres i stråler av forskjellige farger med en divergensvinkel på 2?. Når en sekundær regnbue dannes, oppstår dobbel brytning og dobbel refleksjon av solstrålene. I dette tilfellet brytes lyset, trenger inn i dråpen gjennom dens nedre del, og reflekteres fra den indre overflaten av dråpen, først ved punkt B, deretter ved punkt C. Ved punkt D brytes lyset og forlater dråpen. mot observatøren. Når regn eller spray danner en regnbue, oppnås den fulle optiske effekten ved den kombinerte effekten av alle vanndråpene som krysser overflaten av regnbuekjeglen med observatøren på toppen. Rollen til hver dråpe er flyktig. Overflaten på regnbuekjeglen består av flere lag. Når du raskt krysser dem og passerer gjennom en rekke kritiske punkter, bryter hver dråpe øyeblikkelig ned solstrålen i hele spekteret i en strengt definert sekvens - fra rød til lilla. Mange dråper skjærer overflaten av kjeglen på samme måte, slik at regnbuen fremstår for observatøren som kontinuerlig både langs og på tvers av buen. Haloer er hvite eller iriserende lysbuer og sirkler rundt skiven til solen eller månen. De oppstår på grunn av brytning eller refleksjon av lys av is- eller snøkrystaller i atmosfæren. Krystallene som danner glorie er plassert på overflaten av en tenkt kjegle med en akse rettet fra observatøren (fra toppen av kjeglen) til solen. Atmosfæren kan under visse forhold være mettet med små krystaller, hvor mange av ansiktene danner en rett vinkel med planet som går gjennom solen, observatøren og disse krystallene. Slike ansikter reflekterer innkommende lysstråler med et avvik på 22?, og danner en glorie som er rødlig på innsiden, men den kan også bestå av alle farger i spekteret. Mindre vanlig er en halo med en vinkelradius på 46°, plassert konsentrisk rundt en 22° halo. Dens indre side har også en rødlig fargetone. Årsaken til dette er også lysbrytningen, som i dette tilfellet skjer på kantene av krystallene som danner rette vinkler. Bredden på ringen til en slik halo overstiger 2,5?. Både 46-graders og 22-graders glorier har en tendens til å være lysest på toppen og nedre deler ringer. Den sjeldne 90-graders haloen er en svakt lysende, nesten fargeløs ring som deler et felles senter med to andre glorier. Hvis den er farget, vil den ha en rød farge på utsiden av ringen. Mekanismen som denne typen halo vises med er ikke fullt ut forstått. Parhelia og buer. Den parheliske sirkelen (eller sirkelen av falske soler) er en hvit ring sentrert ved senitpunktet, som passerer gjennom solen parallelt med horisonten. Årsaken til dannelsen er refleksjon av sollys fra kantene på overflatene til iskrystaller. Hvis krystallene er tilstrekkelig jevnt fordelt i luften, blir en hel sirkel synlig. Parhelia, eller falske soler, er sterkt lysende flekker som minner om solen, som er dannet ved skjæringspunktene til parhelisk sirkel med en glorie med vinkelradier på 22?, 46? og 90?. Det hyppigst forekommende og lyseste parheliet dannes i skjæringspunktet med 22-graders haloen, vanligvis farget i nesten alle regnbuens farger. Falske soler i kryss med 46- og 90-graders glorier observeres mye sjeldnere. Parhelia som oppstår i kryss med 90-graders glorier kalles paranthelia, eller falske motsoler. Noen ganger er også et antelium (anti-sol) synlig - et lyspunkt som ligger på parhelringen nøyaktig motsatt Solen. Det antas at årsaken til dette fenomenet er den doble indre refleksjonen av sollys. Den reflekterte strålen følger samme vei som den innfallende strålen, men i motsatt retning. Nær-zenitbuen, noen ganger feilaktig kalt den øvre tangentbuen til 46-graders haloen, er en bue på 90? eller mindre, sentrert ved senitpunktet, som ligger omtrent 46° over solen. Den er sjelden synlig og bare i noen få minutter, har lyse farger, og den røde fargen er begrenset til yttersiden av buen. Nær-zenit-buen er bemerkelsesverdig for sin farge, lysstyrke og klare konturer. En annen interessant og svært sjelden optisk effekt av halotypen er Lowitz-buen. De oppstår som en fortsettelse av parhelia i skjæringspunktet med 22-graders glorien, strekker seg fra yttersiden av glorien og er lett konkave mot solen. Søyler med hvitaktig lys, som forskjellige kors, er noen ganger synlige ved daggry eller skumring, spesielt i polarområdene, og kan følge både sola og månen. Noen ganger observeres måneglorier og andre effekter som ligner på de som er beskrevet ovenfor, med den vanligste måneglorien (en ring rundt månen) som har en vinkelradius på 22?. Akkurat som falske soler, kan falske måner oppstå. Koronaer, eller kroner, er små konsentriske ringer av farger rundt solen, månen eller andre lyse gjenstander som observeres fra tid til annen når lyskilden er bak gjennomskinnelige skyer. Koronaens radius er mindre enn radiusen til haloen og er ca. 1-5?, er den blå eller fiolette ringen nærmest Solen. En korona oppstår når lys spres av små vanndråper og danner en sky. Noen ganger vises koronaen som en lysende flekk (eller halo) som omgir solen (eller månen), som ender i en rødlig ring. I andre tilfeller er minst to konsentriske ringer med større diameter, svært svakt farget, synlige utenfor glorien. Dette fenomenet er ledsaget av regnbueskyer. Noen ganger har kantene på veldig høye skyer lyse farger. Gloria (glorier). Under spesielle forhold oppstår uvanlige atmosfæriske fenomener. Hvis solen er bak observatøren, og dens skygge projiseres på nærliggende skyer eller en tåkegardin, under en viss tilstand av atmosfæren rundt skyggen av en persons hode, kan du se en farget lysende sirkel - en glorie. Vanligvis dannes en slik halo på grunn av refleksjon av lys fra duggdråper på en gresskledd plen. Gloriaer finnes også ganske ofte rundt skyggen som kastes av flyet på de underliggende skyene. Ghosts of Brocken. I noen områder av kloden, når skyggen til en observatør som befinner seg på en høyde ved soloppgang eller solnedgang faller bak ham på skyer som ligger i kort avstand, oppdages en slående effekt: skyggen får kolossale dimensjoner. Dette oppstår på grunn av refleksjon og brytning av lys av små vanndråper i tåken. Det beskrevne fenomenet kalles «Ghost of Brocken» etter toppen i Harz-fjellene i Tyskland. Mirages er en optisk effekt forårsaket av lysbrytning når den passerer gjennom luftlag med forskjellige tettheter og uttrykt i utseendet til et virtuelt bilde. I dette tilfellet kan fjerne objekter se ut til å være hevet eller senket i forhold til deres faktiske posisjon, og kan også være forvrengt og anta uregelmessige, fantastiske former. Mirages er ofte observert i varmt klima, for eksempel over sandsletter. Nedre luftspeilinger er vanlige når en fjern, nesten flat ørkenoverflate ser ut som åpent vann, spesielt sett fra en liten høyde eller rett og slett plassert over et lag med oppvarmet luft. Denne illusjonen oppstår vanligvis på en oppvarmet asfaltvei, som ser ut som en vannflate langt fremme. I virkeligheten er denne overflaten en refleksjon av himmelen. Under øyehøyde kan det dukke opp gjenstander i dette "vannet", vanligvis opp ned. En "luftlagskake" dannes over den oppvarmede landoverflaten, der laget nærmest bakken er det varmeste og så sjeldne at lysbølger som passerer gjennom det blir forvrengt, siden forplantningshastigheten varierer avhengig av mediets tetthet . De øvre luftspeilingene er mindre vanlige og mer pittoreske enn de nedre. Fjerne objekter (ofte plassert utenfor havhorisonten) vises opp ned på himmelen, og noen ganger vises også et oppreist bilde av samme objekt ovenfor. Dette fenomenet er typisk i kalde områder, spesielt når det er en betydelig temperaturinversjon, når det er et varmere luftlag over et kaldere lag. Denne optiske effekten manifesterer seg som et resultat av komplekse mønstre for forplantning av fronten av lysbølger i luftlag med inhomogen tetthet. Svært uvanlige luftspeilinger forekommer fra tid til annen, spesielt i polarområdene. Når luftspeilinger oppstår på land, er trær og andre landskapskomponenter opp ned. I alle tilfeller er gjenstander tydeligere synlige i de øvre mirage enn i de nedre. Når grensen for to luftmasser er et vertikalt plan, observeres noen ganger sidespeilinger. St. Elmo's Fire. Noen optiske fenomener i atmosfæren (for eksempel glød og det vanligste meteorologiske fenomenet - lyn) er av elektrisk natur. Mye mindre vanlige er St. Elmo's lys - lysende blekblå eller lilla børster fra 30 cm til 1 m eller mer i lengde, vanligvis på toppen av master eller endene av verft av skip til sjøs. Noen ganger ser det ut til at hele riggen på skipet er dekket med fosfor og gløder. St. Elmo's Fire dukker noen ganger opp på fjelltopper, så vel som på spirene og skarpe hjørner av høye bygninger. Dette fenomenet representerer elektriske børsteutladninger i endene av elektriske ledere når den elektriske feltstyrken i atmosfæren rundt dem øker kraftig. Will-o'-the-wisps er en svak blåaktig eller grønnaktig glød som noen ganger observeres i sumper, kirkegårder og krypter. De ser ofte ut som en stearinlysflamme hevet omtrent 30 cm over bakken, som brenner stille, gir ingen varme, og svever et øyeblikk over gjenstanden. Lyset virker fullstendig unnvikende, og når observatøren nærmer seg, ser det ut til at det beveger seg til et annet sted. Årsaken til dette fenomenet er nedbrytning av organiske rester og spontan forbrenning av sumpgass metan (CH 4) eller fosfin (PH 3). Will-o'-the-wisps har forskjellige former, noen ganger til og med sfæriske. Grønn stråle - et glimt av smaragdgrønt sollys i øyeblikket når den siste solstrålen forsvinner bak horisonten. Den røde komponenten av sollys forsvinner først, alle de andre følger i rekkefølge, og den siste som er igjen er smaragdgrønn. Dette fenomenet oppstår bare når bare kanten av solskiven forblir over horisonten, ellers oppstår en blanding av farger. Crepuskulære stråler er divergerende stråler av sollys som blir synlige på grunn av deres belysning av støv i de høye lagene av atmosfæren. Skyggenes skygger danner mørke striper, og stråler sprer seg mellom dem. Denne effekten oppstår når solen står lavt i horisonten før daggry eller etter solnedgang.
Vi anbefaler å lese
Et morsomt spill som er veldig billig: hvordan lage et dartbrett med egne hender Hvordan henge det riktig
Gjør-det-selv-silikonformer for mastikk, silikonformer, hvordan lage en silikonform Gjør-det-selv-form av fugemasse
Elektroniske hjemmelagde produkter for radioamatører og nybegynnere elektrikere
DIY leirlampe
