6:an studerar ämnet "Optiska fenomen i atmosfären" i skolan. Det är dock av intresse inte bara för ett barns nyfikna sinne. Optiska fenomen i atmosfären kombinerar å ena sidan regnbågen, förändringen i himlens färg under soluppgångar och solnedgångar, sett mer än en gång av alla. Å andra sidan inkluderar de mystiska hägringar, falska månar och solar, imponerande glorier som förr skrämde människor. Mekanismen för bildandet av några av dem är fortfarande oklart till slutet idag, men den allmänna principen enligt vilken optiska fenomen "lever" i naturen har studerats väl av modern fysik.
Luftskal
Jordens atmosfär är ett skal som består av en blandning av gaser och sträcker sig cirka 100 km över havet. Luftskiktets täthet ändras med avståndet från jorden: dess högsta värde är på planetens yta, det minskar med höjden. Atmosfären kan inte kallas en statisk formation. Lager av det gasformiga höljetständigt rör sig och blandas. Deras egenskaper förändras: temperatur, densitet, rörelsehastighet, transparens. Alla dessa nyanser påverkar solens strålar som rusar upp till planetens yta.
Optiskt system
Processerna som sker i atmosfären, såväl som dess sammansättning, bidrar till absorption, brytning och reflektion av ljusstrålar. Vissa av dem når målet - jordens yta, den andra sprids eller omdirigeras tillbaka till yttre rymden. Som ett resultat av ljusets krökning och reflektion, sönderfallet av en del av strålarna till ett spektrum, och så vidare, bildas olika optiska fenomen i atmosfären.
Atmosfärisk optik
Vid den tid då vetenskapen var i sin linda, förklarade människor optiska fenomen utifrån rådande idéer om universums struktur. Regnbågen förband den mänskliga världen med det gudomliga, uppkomsten av två falska solar på himlen vittnade om de annalkande katastroferna. Idag har de flesta av de fenomen som skrämde våra avlägsna förfäder fått en vetenskaplig förklaring. Atmosfärisk optik är engagerad i studiet av sådana fenomen. Denna vetenskap beskriver optiska fenomen i atmosfären baserat på fysikens lagar. Hon kan förklara varför himlen är blå under dagen, men ändrar färg under solnedgången och gryningen, hur en regnbåge bildas och varifrån hägringar kommer. Många studier och experiment gör det idag möjligt att förstå sådana optiska fenomen i naturen som uppkomsten av lysande kors, Fata Morgana, regnbågsglorior.
Blå himmel
Himlens färgså välbekant att vi sällan tänker på varför det är så. Ändå vet fysiker svaret väl. Newton bevisade att en ljusstråle under vissa förhållanden kan brytas ner till ett spektrum. När man passerar genom atmosfären sprids den del som motsvarar den blå färgen bättre. Den röda delen av synlig strålning kännetecknas av en längre våglängd och är 16 gånger sämre än den violetta när det gäller spridningsgraden.
Samtidigt ser vi himlen inte lila, utan blå. Anledningen till detta ligger i särdragen hos strukturen av näthinnan och förhållandet mellan delar av spektrumet i solljus. Våra ögon är mer känsliga för blått, och den violetta delen av solens spektrum är mindre intensiv än blå.
Scarlet sunset
När människor kom på vad atmosfären är, upphörde optiska fenomen att vara bevis för dem eller ett tecken på hemska händelser. Det vetenskapliga tillvägagångssättet stör dock inte det estetiska nöjet från färgglada solnedgångar och milda soluppgångar. Ljusa röda och apelsiner, tillsammans med rosa och blå, ger gradvis vika för nattmörker eller morgonljus. Det är omöjligt att observera två identiska soluppgångar eller solnedgångar. Och anledningen till detta ligger i samma rörlighet av atmosfäriska lager och växlande väderförhållanden.
Under solnedgångar och soluppgångar färdas solens strålar en längre väg till ytan än under dagen. Som ett resultat går diffust violett, blått och grönt till sidorna, och direkt ljus blir rött och orange. Moln, damm eller ispartiklar bidrar till bilden av solnedgång och gryning,hängande i luften. Ljuset bryts när det passerar genom dem och färgar himlen i en mängd olika nyanser. På den del av horisonten som är mitt emot solen kan man ofta observera det så kallade Venusbältet - en rosa remsa som skiljer den mörka natthimlen och den blå daghimlen. Det vackra optiska fenomenet, uppkallat efter den romerska kärleksgudinnan, är synligt före gryningen och efter solnedgången.
Rainbow Bridge
Kanske, inga andra ljusfenomen i atmosfären framkallar så många mytologiska intriger och sagobilder som de som förknippas med regnbågen. Bågen eller cirkeln, som består av sju färger, är känd för alla sedan barndomen. Ett vackert atmosfäriskt fenomen som uppstår under regn, när solens strålar passerar genom dropparna, fascinerar även de som noggrant har studerat dess natur.
Och regnbågens fysik idag är ingen hemlighet för någon. Solljus, som bryts av regndroppar eller dimma, spricker. Som ett resultat ser observatören sju färger i spektrat, från rött till violett. Det är omöjligt att definiera gränserna mellan dem. Färger smälter smidigt in i varandra genom flera nyanser.
När du observerar en regnbåge är solen alltid bakom personen. Mitten av Iridas leende (som de gamla grekerna kallade regnbågen) ligger på en linje som går genom observatören och dagsljuset. En regnbåge visas vanligtvis som en halvcirkel. Dess storlek och form beror på solens position och den punkt där observatören befinner sig. Ju högre ljuskällan är över horisonten, desto lägre faller cirkeln av eventuellt utseende.regnbågar. När solen passerar 42º över horisonten kan en observatör på jordens yta inte se regnbågen. Ju högre över havet en person som vill beundra Iridas leende är, desto mer sannolikt kommer han inte att se en båge utan en cirkel.
Dubbel, smal och bred regnbåge
Ofta, tillsammans med den huvudsakliga, kan du se den så kallade sekundära regnbågen. Om den första bildas som ett resultat av en enkel reflektion av ljus, så är den andra resultatet av en dubbel reflektion. Dessutom kännetecknas huvudregnbågen av en viss ordning av färger: rött är beläget på utsidan och lila är på insidan, som är närmare jordens yta. Sidan "bron" är spektrumet omvänt i sekvens: violett är överst. Detta beror på att strålarna från en regndroppe reflekteras från en dubbel reflektion i olika vinklar.
Regnbågar varierar i färgintensitet och bredd. De ljusaste och ganska smala dyker upp efter ett sommaråskväder. Stora droppar, karakteristiska för sådant regn, ger upphov till en mycket synlig regnbåge med distinkta färger. Små droppar ger en suddigare och mindre märkbar regnbåge.
Optiska fenomen i atmosfären: aurora borealis
Ett av de vackraste atmosfäriska optiska fenomenen är norrsken. Det är karakteristiskt för alla planeter med en magnetosfär. På jorden observeras norrsken på höga breddgrader på båda halvkloten, i omgivande zonerplanetens magnetiska poler. Oftast kan man se ett grönaktigt eller blågrönt sken, ibland kompletterat med blinkningar av rött och rosa längs kanterna. Det intensiva norrskenet är format som band eller veck av tyg, som förvandlas till fläckar när de bleknar. Flera hundra kilometer höga ränder sticker ut väl längs underkanten mot den mörka himlen. Den övre gränsen för norrsken är förlorad på himlen.
Dessa vackra optiska fenomen i atmosfären håller fortfarande sina hemligheter för människor: mekanismen för förekomsten av vissa typer av luminescens, orsaken till sprakande under skarpa blixtar, har inte studerats till fullo. Den allmänna bilden av bildandet av norrsken är dock känd idag. Himlen ovanför nord- och sydpolen pryds av ett grönrosa sken när laddade partiklar från solvinden kolliderar med atomer i jordens övre atmosfär. De senare, som ett resultat av interaktionen, får ytterligare energi och avger den i form av ljus.
Halo
Solen och månen dyker ofta upp framför oss omgivna av ett sken som liknar en gloria. Denna gloria är en mycket synlig ring runt ljuskällan. I atmosfären bildas det oftast på grund av de minsta ispartiklarna som utgör cirrusmoln högt över jorden. Beroende på formen och storleken på kristallerna förändras fenomenets egenskaper. Ofta tar glorian formen av en regnbågscirkel som ett resultat av sönderdelningen av ljusstrålen till ett spektrum.
En intressant variant av fenomenet kallas parhelion. Som ett resultat av ljusets brytning i iskristaller påPå solens nivå bildas två ljusa fläckar som liknar ett dagsljus. I historiska krönikor kan man finna beskrivningar av detta fenomen. Förr ansågs det ofta vara ett förebud om fruktansvärda händelser.
Mirage
Mirages är också optiska fenomen i atmosfären. De uppstår som ett resultat av ljusets brytning vid gränsen mellan luftlager som skiljer sig markant i densitet. Litteraturen beskriver många fall då en resenär i öknen såg oaser eller till och med städer och slott som inte kunde vara i närheten. Oftast är dessa "lägre" hägringar. De reser sig över en plan yta (öken, asf alt) och representerar en reflekterad bild av himlen, som för betraktaren tycks vara en vattenmassa.
De så kallade överlägsna hägringarna är mindre vanliga. De bildas över kalla ytor. Överlägsna hägringar är raka och inverterade, ibland kombinerar de båda positionerna. Den mest kända representanten för dessa optiska fenomen är Fata Morgana. Detta är en komplex hägring som kombinerar flera typer av reflektioner samtidigt. Verkliga föremål dyker upp framför betraktaren, upprepade gånger reflekterade och blandade.
Atmosfärisk elektricitet
Elektriska och optiska fenomen i atmosfären nämns ofta tillsammans, även om orsakerna till att de uppstår är olika. Polariseringen av moln och bildandet av blixtar är förknippade med processer som sker i troposfären och jonosfären. Jättegnistorladdningar bildas vanligtvis under ett åskväder. Blixtar uppstår inuti moln och kan träffa marken. De är livshotandemänniskor, och detta är en av anledningarna till det vetenskapliga intresset för sådana fenomen. Vissa egenskaper hos blixten är fortfarande ett mysterium för forskare. Idag är orsaken till bollblixten okänd. Som med vissa aspekter av norrskens- och hägringteori fortsätter elektriska fenomen att fascinera forskare.
Optiska fenomen i atmosfären, som kortfattat beskrivs i artikeln, blir mer och mer begripliga för fysiker för varje dag som går. Samtidigt slutar de, som blixtar, aldrig att förvåna människor med sin skönhet, mystik och ibland storslagenhet.
