Električni in optični pojavi v ozračju

V šoli proučuje temo "Optični pojavi v ozračju", razred 6. Vendar pa je zanimivo ne le za radoveden otrokov um. Optični pojavi v ozračju na eni strani združujejo mavrico, spremembo barve neba med zori in sončnimi zahodi, ki jih vsi ne vidijo. Po drugi strani pa vključujejo skrivnostne čudeže, lažne lune in sonce, impresiven halo, ki je v preteklosti prestrašil ljudi. Mehanizem oblikovanja nekaterih od njih ostaja nerazumljiv do konca danes, vendar sodobno načelo, po katerem optični pojavi "živijo" v naravi, dobro preučuje sodobna fizika.

Zračna lupina

Zemljina atmosfera je lupina, ki sestoji iz mešanice plinov in se razteza približno 100 km nad morsko gladino. Gostota zračne plasti se razlikuje glede na razdaljo od Zemlje: največja vrednost na površini planeta, z višino pa se zmanjša. Vzdušje ne moremo imenovati statične tvorbe. Plasti plinske lupine se nenehno premikajo in premešajo. Njihove lastnosti se spreminjajo: temperatura, gostota, hitrost gibanja, preglednost. Vse te nianse vplivajo na sončne žarke, ki se nagnejo na površje planeta.

Optični sistem

Procesi, ki se pojavljajo v atmosferi, pa tudi njegova sestava prispevajo k absorpciji, lomljenju in odbojnosti svetlobnih žarkov. Nekateri od njih dosežejo cilj - zemeljsko površino, drugi pa je razpršen ali preusmerjen nazaj v vesolje. Zaradi ukrivljenosti in odsev luči, razpadanje dela žarkov v spekter in tako naprej, nastajajo različni optični pojavi v ozračju.

Atmosferska optika

V času, ko se je znanost šele začela, so ljudje pojasnili optične pojave, ki temeljijo na prevladujočih idejah o strukturi vesolja. Mavrica je povezala človeški svet z božanskim, videz dveh lažnih Suncev na nebu je pričal o bližnjih katastrofah. Danes je večina pojavov, ki so prestrašile naše oddaljene prednike, prejela znanstveno razlago. Študija takšnih pojavov se ukvarja z atmosfersko optiko. Optični pojavi v ozračju opisujejo ta znanost na podlagi zakonov fizike. Ona je sposobna razložiti, zakaj je nebo modro dan, in med sončnim zahodom in zori spremeni barvo, kako se oblikuje mavrica in od kod prihajajo mirage. Številne študije in eksperimenti danes nam omogočajo, da razumemo takšne optične pojave v naravi kot pojav svetlobnih križev, Fata Morgana, iridescentnih halosov.

Modro nebo

Barva neba je tako pogosta, da redko razmišljamo, zakaj je tako. Kljub temu je odgovor znan fizikom. Newton je dokazal, da se svetlobni žarek razgrajuje v spekter pod določenimi pogoji. Ko prehaja atmosfera, se njen del, ki ustreza modri barvi, odteče bolje. Rdeči del vidno sevanje karakterizirana z daljšo valovno dolžino in slabše od vijolične v stopnji disperzije 16-krat.

Hkrati nebo vidimo v vijoličnem, temveč v modrem. Razlog za to so v značilnostih mrežnice in razmerju med spektralnimi regijami pri sončni svetlobi. Naše oči so bolj občutljive za modro in vijolični del v spektru svetlobe je manj intenziven kot modri.

Škrlatni sončni zahod

Ko so ljudje razumeli, da takšno ozračje, optični pojavi niso prinesli pričevanja ali predstave groznih dogodkov. Vendar znanstveni pristop ne preprečuje estetski užitek od barvitih sončnih zahodov in nežnih zori. Svetle rdeče in oranžne barve skupaj z rožnato in modro postopoma preidejo v nočno temo ali jutranjo svetlobo. Ni mogoče opaziti dveh enakih sončnih zahodov ali sončnih zahodov. Razlog za to pa je vseslovna mobilnost atmosferskih slojev in spreminjajoče se vremenske razmere.

Sončni žarki med sončnimi zahodi in sončnimi zahodi presegajo daljšo pot do površine kot v dnevnem času. Zaradi tega razpršeno vijolično, modro in zeleno gredo na straneh in neposredna svetloba je obarvana z rdečo in oranžno. Njegov prispevek k sliki sončnega zahoda in jutra so oblaki, prah ali delci ledu, ki so obešeni v zraku. Svetloba refracts, skozi njih, in barve nebo v različnih odtenkih. Na nasprotni strani obzorja lahko pogosto vidite tako imenovani Bel Venere - roza trak, ki ločuje nočno temno nebo in modro dnevno svetlobo. Čudovit optični fenomen, imenovan po rimski boginji ljubezni, je viden pred zori in po sončnem zahodu.

Rainbow Bridge

Morda noben drug svetlobni fenomen v ozračju v spomin ne povzroča toliko mitoloških predmetov in pravljičnih podob, koliko jih je povezano z mavrico. Arc ali krog, ki je sestavljen iz sedmih barv, so vsi znani iz otroštva. Lepa meteorološki pojav, ki se pojavi v dežju, ko sončni žarki skozi kapljice, fascinira tudi tisti, ki so študirali na njeno naravo temeljito.

In danes fizika mavrice ni za vsakogar skrivnost. Sončna svetloba, prelomljena z kapljicami dežja ali megle, se razcepi. Kot rezultat, opazovalec vidi sedem barv spektra, od rdečega do vijoličastega. Meje med njimi ni mogoče določiti. Barve se gladko prenesejo v več odtenkov.

Ko opazujete mavrico, sonce vedno stoji za osebo. Središče Smile Irida (tako imenovana mavrica starih Grkov) se nahaja na progi, ki poteka skozi opazovalca in dnevno svetlobo. Običajno se mavrica pojavi kot polkrog. Njegova velikost in oblika sta odvisna od položaja Sonca in točke, na kateri se nahaja opazovalec. Višja je svetloba nad obzorjem, nižja je obseg možnega videza mavrice. Ko Sonce premaga oznako na 42. mestu - nad obzorjem, opazovalec na površini Zemlje ne vidi mavrice. Čim višja je oseba nad gladino morja, ki želi občudovati Iridino nasmeh, bolj verjetno je, da ne bo videl loka, ampak kroga.

Dvojna, ozka in široka mavrica

Pogosto, skupaj z glavnim, lahko vidite tako imenovano zavarovanje mavrice. Če je prvi oblikovan kot rezultat ene same refleksije svetlobe, je drugi rezultat dvojnega refleksije. Poleg tega se glavna mavrica razlikuje po določenem vrstnem redu barv: rdeča se nahaja na zunanji strani in vijolična na notranji, ki je bližje površini Zemlje. Bočni "most" je obratno zaporedje v zaporedju: na vrhu se pojavlja vijolična. To je zato, ker se pri dvojnem odboru iz kapljic dežnih žarkov pojavijo v različnih kotih.

Mavričje se razlikuje po intenzivnosti barve in širine. Najsvetlejša in precej ozka se pojavijo po poletni nevihtah. Velike kapljice, ki so značilne za tako deževje, rodijo dobro označeno mavrico z izrazito razločnimi barvami. Majhne kapljice so bolj razpršene in manj opazne mavrice.

Optični pojavi v ozračju: aurora borealis

Eden od najlepših atmosferskih optičnih pojavov je polarni sijaj. Značilna je za vse planete, ki imajo magnetosfero. Na Zemlji so opazne aurora na visokih širinah obeh polkrov, v območjih, ki obkrožajo magnetne pole planeta. Najpogosteje lahko vidite zelenkast ali modro-zelen sij, včasih dodane na robovih utripov rdeče in roza. Intenzivna polarna aurora v obliki spominja na trakove ali gube tkiva, pri čemer se dušenje pretvori v lise. Strips, dolgi nekaj sto kilometrov visoko, se odlikujejo po spodnjem robu proti ozadju temnega neba. Zgornja meja aurora se izgubi na nebu.

Te lepe optičnih pojavov v ozračju še vedno ohranjajo svoje skrivnosti od ljudi: ne v celoti raziskana mehanizem nastanka nekaterih vrst luminiscence, nastopi razlog med nenadnimi utripa trske. Vendar pa je danes znana splošna slika nastanka avuro. Nebo nad severnih in južnih polov urejeni zelenkasto roza sijaj, ko sončnega vetra nabiti delci trčijo z atomi na zgornji atmosferi. Slednji zaradi interakcije dobivajo dodatno energijo in ga oddajajo v obliki svetlobe.

Halo

Sonce in luna pogosto pred nami obkrožata sij, ki je podoben halu. Ta halo je dobro označen obroč okoli svetlobnega vira. V atmosferi se najpogosteje oblikuje zaradi najmanjših delcev ledu, ki jih sestavljajo Cirrus oblaki visoko nad Zemljo. Odvisno od oblike in velikosti kristalov se spremenijo značilnosti tega pojava. Pogosto je halo v obliki mavričnega kroga zaradi razpada svetlobnega snopa v spekter.

Zanimiva raznolikost pojava se imenuje pargelium. Zaradi refrakcije svetlobe v ledenih kristalih na ravni sonca sta dva svetla pika podobna dnevni svetlobi. V zgodovinskih kronikah najdemo opise tega pojava. V preteklosti se je pogosto štelo za upor strašnih dogodkov.

Mirage

Mirage so tudi optični pojavi v ozračju. Pojavljajo se kot posledica refrakcije svetlobe na meji med plasti zraka, ki se močno razlikujejo po gostoti. V literaturi so opisani številni primeri, ko je popotnik v puščavi videl oaze ali celo mesta in gradove, ki jih ni bilo mogoče v bližini. Najpogosteje gre za "nižje" čudeže. Pojavljajo se na ravno površino (puščava, asfalt) in predstavljajo odsevno podobo neba, ki se opazovalcu zdi rezervoar.

Tako imenovani zgornji miražki so manj pogosti. Nastanejo na hladni površini. Zgornji zvonci so ravni in obrnjeni, včasih združujejo oba položaja. Najbolj znani predstavnik teh optičnih pojavov je Fata Morgana. To je zapletena privlačnost, ki združuje več vrst refleksov. Preden so opazovalci dejansko obstoječi predmeti, se večkrat odražajo in premešajo.

Atmosferska električna energija

Električni in optični pojavi v ozračju so pogosto označeni skupaj, čeprav so razlogi za njihovo pojavljanje drugačni. Polarizacija oblakov in oblikovanje strele so povezane s procesi, ki se pojavljajo v troposferi in jonosferi. Izpusti velikih isker se običajno pojavijo med nevihto. Utrujenost se pojavi v oblakih, lahko trpi tla. So grožnja za življenje ljudi in to je eden od razlogov za znanstveni interes v takšnih pojavih. Nekatere lastnosti strele so še vedno skrivnost za raziskovalce. Danes vzrok strele ni znan. Kot pri nekaterih vidikih teorije avrov in miragesi, električni pojavi še naprej intrigirajo znanstvenike.

Optični pojavi v atmosferi, na kratko opisane v članku vsak dan bolj jasno, da fizikov. Vendar pa, kot strela, nikoli ne preneha očara ljudi, s svojo lepoto, skrivnosti in veličino časov.