Η ΣΤ' τάξη μελετά το θέμα «Οπτικά φαινόμενα στην ατμόσφαιρα» στο σχολείο. Ωστόσο, δεν ενδιαφέρει μόνο το περίεργο μυαλό ενός παιδιού. Τα οπτικά φαινόμενα στην ατμόσφαιρα, αφενός, συνδυάζουν το ουράνιο τόξο, την αλλαγή του χρώματος του ουρανού κατά την ανατολή και τη δύση του ηλίου, που έχουν δει περισσότερες από μία φορές όλοι. Από την άλλη, περιλαμβάνουν μυστηριώδεις αντικατοπτρισμούς, ψεύτικα φεγγάρια και ήλιους, εντυπωσιακά φωτοστέφανα που στο παρελθόν τρομοκρατούσαν τους ανθρώπους. Ο μηχανισμός σχηματισμού ορισμένων από αυτούς παραμένει ασαφής μέχρι το τέλος σήμερα, ωστόσο, η γενική αρχή με την οποία τα οπτικά φαινόμενα «ζουν» στη φύση έχει μελετηθεί καλά από τη σύγχρονη φυσική.
Air shell
Η ατμόσφαιρα της Γης είναι ένα κέλυφος που αποτελείται από ένα μείγμα αερίων και εκτείνεται για περίπου 100 km πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Η πυκνότητα του στρώματος αέρα αλλάζει με την απόσταση από τη γη: η υψηλότερη τιμή του είναι στην επιφάνεια του πλανήτη, μειώνεται με το ύψος. Η ατμόσφαιρα δεν μπορεί να ονομαστεί στατικός σχηματισμός. Στρώματα του αέριου περιβλήματοςσυνεχώς κινείται και ανακατεύεται. Τα χαρακτηριστικά τους αλλάζουν: θερμοκρασία, πυκνότητα, ταχύτητα κίνησης, διαφάνεια. Όλες αυτές οι αποχρώσεις επηρεάζουν τις ακτίνες του ήλιου που ορμούν στην επιφάνεια του πλανήτη.
Οπτικό σύστημα
Οι διεργασίες που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα, καθώς και η σύνθεσή της, συμβάλλουν στην απορρόφηση, διάθλαση και ανάκλαση των ακτίνων φωτός. Μερικά από αυτά φτάνουν στον στόχο - την επιφάνεια της γης, τα άλλα διασκορπίζονται ή ανακατευθύνονται πίσω στο διάστημα. Ως αποτέλεσμα της καμπυλότητας και της ανάκλασης του φωτός, της διάσπασης μέρους των ακτίνων σε ένα φάσμα, κ.ο.κ., σχηματίζονται διάφορα οπτικά φαινόμενα στην ατμόσφαιρα.
Ατμοσφαιρική οπτική
Την εποχή που η επιστήμη ήταν στα σπάργανά της, οι άνθρωποι εξηγούσαν τα οπτικά φαινόμενα με βάση τις επικρατούσες ιδέες για τη δομή του Σύμπαντος. Το ουράνιο τόξο συνέδεσε τον ανθρώπινο κόσμο με το θείο, η εμφάνιση δύο ψεύτικων Ήλιων στον ουρανό μαρτυρούσε τις καταστροφές που πλησίαζαν. Σήμερα, τα περισσότερα από τα φαινόμενα που τρόμαξαν τους μακρινούς μας προγόνους έχουν λάβει επιστημονική εξήγηση. Η ατμοσφαιρική οπτική ασχολείται με τη μελέτη τέτοιων φαινομένων. Αυτή η επιστήμη περιγράφει οπτικά φαινόμενα στην ατμόσφαιρα με βάση τους νόμους της φυσικής. Είναι σε θέση να εξηγήσει γιατί ο ουρανός είναι μπλε κατά τη διάρκεια της ημέρας, αλλά αλλάζει χρώμα κατά τη δύση του ηλίου και την αυγή, πώς σχηματίζεται ένα ουράνιο τόξο και από πού προέρχονται οι αντικατοπτρισμοί. Πολυάριθμες μελέτες και πειράματα σήμερα καθιστούν δυνατή την κατανόηση τέτοιων οπτικών φαινομένων στη φύση όπως η εμφάνιση φωτεινών σταυρών, η Fata Morgana, τα φωτοστέφανα του ουράνιου τόξου.
Γαλάζιος ουρανός
Χρώμα του ουρανούτόσο οικείο που σπάνια σκεφτόμαστε γιατί είναι έτσι. Ωστόσο, οι φυσικοί γνωρίζουν καλά την απάντηση. Ο Νεύτωνας απέδειξε ότι υπό ορισμένες συνθήκες μια δέσμη φωτός μπορεί να αποσυντεθεί σε ένα φάσμα. Κατά τη διέλευση από την ατμόσφαιρα, το τμήμα που αντιστοιχεί στο μπλε χρώμα διασκορπίζεται καλύτερα. Το κόκκινο τμήμα της ορατής ακτινοβολίας χαρακτηρίζεται από μεγαλύτερο μήκος κύματος και είναι 16 φορές κατώτερο από το βιολετί ως προς το βαθμό σκέδασης.
Ταυτόχρονα, βλέπουμε τον ουρανό όχι μωβ, αλλά μπλε. Ο λόγος για αυτό έγκειται στις ιδιαιτερότητες της δομής του αμφιβληστροειδούς και στην αναλογία τμημάτων του φάσματος στο ηλιακό φως. Τα μάτια μας είναι πιο ευαίσθητα στο μπλε και το ιώδες τμήμα του ηλιακού φάσματος είναι λιγότερο έντονο από το μπλε.
Scarlet ηλιοβασίλεμα
Όταν οι άνθρωποι κατάλαβαν ποια είναι η ατμόσφαιρα, τα οπτικά φαινόμενα έπαψαν να είναι για αυτούς απόδειξη ή προμήνυμα τρομερών γεγονότων. Ωστόσο, η επιστημονική προσέγγιση δεν παρεμβαίνει στην αισθητική απόλαυση από τα πολύχρωμα ηλιοβασιλέματα και τις απαλές ανατολές. Τα έντονα κόκκινα και πορτοκαλί, μαζί με τα ροζ και τα μπλε, δίνουν σταδιακά τη θέση τους στο νυχτερινό σκοτάδι ή στο πρωινό φως. Είναι αδύνατο να παρατηρήσετε δύο ίδιες ανατολές ή ηλιοβασιλέματα. Και ο λόγος για αυτό έγκειται στην ίδια κινητικότητα των ατμοσφαιρικών στρωμάτων και στις μεταβαλλόμενες καιρικές συνθήκες.
Κατά τη διάρκεια του ηλιοβασιλέματος και της ανατολής, οι ακτίνες του ήλιου ταξιδεύουν σε μεγαλύτερη διαδρομή προς την επιφάνεια από ό,τι κατά τη διάρκεια της ημέρας. Ως αποτέλεσμα, το διάχυτο βιολετί, το μπλε και το πράσινο πηγαίνουν στα πλάγια και το άμεσο φως γίνεται κόκκινο και πορτοκαλί. Σύννεφα, σκόνη ή σωματίδια πάγου συμβάλλουν στην εικόνα του ηλιοβασιλέματος και της αυγής,αιωρείται στον αέρα. Το φως διαθλάται καθώς περνά μέσα από αυτά και χρωματίζει τον ουρανό σε μια ποικιλία αποχρώσεων. Στο μέρος του ορίζοντα απέναντι από τον Ήλιο, μπορεί κανείς συχνά να παρατηρήσει τη λεγόμενη Ζώνη της Αφροδίτης - μια ροζ λωρίδα που χωρίζει τον σκοτεινό νυχτερινό ουρανό και τον μπλε ουρανό της ημέρας. Το όμορφο οπτικό φαινόμενο, που πήρε το όνομά του από τη Ρωμαϊκή θεά του έρωτα, είναι ορατό πριν την αυγή και μετά τη δύση του ηλίου.
Γέφυρα Ουράνιου Τόξου
Ίσως, κανένα άλλο φωτεινό φαινόμενο στην ατμόσφαιρα δεν προκαλεί τόσες πολλές μυθολογικές πλοκές και παραμυθένιες εικόνες όσο εκείνες που σχετίζονται με το ουράνιο τόξο. Το τόξο ή ο κύκλος, που αποτελείται από επτά χρώματα, είναι γνωστό σε όλους από την παιδική ηλικία. Ένα όμορφο ατμοσφαιρικό φαινόμενο που εμφανίζεται κατά τη διάρκεια της βροχής, όταν οι ακτίνες του ήλιου περνούν μέσα από τις σταγόνες, συναρπάζει ακόμα και όσους έχουν μελετήσει διεξοδικά τη φύση του.
Και η φυσική του ουράνιου τόξου σήμερα δεν είναι μυστικό για κανέναν. Το φως του ήλιου, που διαθλάται από σταγόνες βροχής ή ομίχλης, διασπάται. Ως αποτέλεσμα, ο παρατηρητής βλέπει επτά χρώματα του φάσματος, από κόκκινο έως βιολετί. Είναι αδύνατο να καθοριστούν τα όρια μεταξύ τους. Τα χρώματα αναμειγνύονται ομαλά μεταξύ τους μέσα από πολλές αποχρώσεις.
Όταν παρατηρείτε ένα ουράνιο τόξο, ο ήλιος είναι πάντα πίσω από το άτομο. Το κέντρο του χαμόγελου της Ίριδας (όπως αποκαλούσαν οι αρχαίοι Έλληνες το ουράνιο τόξο) βρίσκεται σε μια γραμμή που διέρχεται από τον παρατηρητή και το φως της ημέρας. Ένα ουράνιο τόξο εμφανίζεται συνήθως ως ημικύκλιο. Το μέγεθος και το σχήμα του εξαρτώνται από τη θέση του Ήλιου και το σημείο στο οποίο βρίσκεται ο παρατηρητής. Όσο πιο ψηλά είναι το φωτιστικό πάνω από τον ορίζοντα, τόσο χαμηλότερα πέφτει ο κύκλος της πιθανής εμφάνισης.ουράνια τόξα. Όταν ο Ήλιος περνά 42º πάνω από τον ορίζοντα, ένας παρατηρητής στην επιφάνεια της Γης δεν μπορεί να δει το ουράνιο τόξο. Όσο πιο πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας είναι ένα άτομο που θέλει να θαυμάσει το χαμόγελο της Ίριδα, τόσο πιο πιθανό είναι να μην δει ένα τόξο, αλλά έναν κύκλο.
Διπλό, στενό και φαρδύ ουράνιο τόξο
Συχνά, μαζί με το κύριο, μπορείτε να δείτε το λεγόμενο δευτερεύον ουράνιο τόξο. Εάν το πρώτο σχηματίζεται ως αποτέλεσμα μιας απλής ανάκλασης φωτός, τότε το δεύτερο είναι αποτέλεσμα διπλής ανάκλασης. Επιπλέον, το κύριο ουράνιο τόξο διακρίνεται από μια ορισμένη σειρά χρωμάτων: το κόκκινο βρίσκεται στο εξωτερικό και το μοβ είναι στο εσωτερικό, το οποίο είναι πιο κοντά στην επιφάνεια της Γης. Η πλαϊνή "γέφυρα" είναι το φάσμα που αντιστρέφεται στη σειρά: το βιολετί βρίσκεται στην κορυφή. Αυτό συμβαίνει επειδή οι ακτίνες από μια σταγόνα βροχής αντανακλώνται από μια διπλή ανάκλαση σε διαφορετικές γωνίες.
Τα ουράνια τόξα ποικίλλουν ως προς την ένταση και το πλάτος χρώματος. Τα πιο φωτεινά και μάλλον στενά εμφανίζονται μετά από μια καλοκαιρινή καταιγίδα. Μεγάλες σταγόνες, χαρακτηριστικές μιας τέτοιας βροχής, δημιουργούν ένα πολύ ορατό ουράνιο τόξο με διακριτά χρώματα. Τα μικρά σταγονίδια δίνουν ένα πιο θολό και λιγότερο αισθητό ουράνιο τόξο.
Οπτικά φαινόμενα στην ατμόσφαιρα: aurora borealis
Ένα από τα πιο όμορφα ατμοσφαιρικά οπτικά φαινόμενα είναι το σέλας. Είναι χαρακτηριστικό όλων των πλανητών με μαγνητόσφαιρα. Στη Γη, τα σέλας παρατηρούνται σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη και στα δύο ημισφαίρια, στις περιβάλλουσες ζώνεςμαγνητικούς πόλους του πλανήτη. Τις περισσότερες φορές, μπορείτε να δείτε μια πρασινωπή ή γαλαζοπράσινη λάμψη, μερικές φορές που συμπληρώνεται από λάμψεις κόκκινου και ροζ κατά μήκος των άκρων. Το έντονο βόρειο σέλας έχει σχήμα κορδέλες ή πτυχές υφάσματος, οι οποίες μετατρέπονται σε κηλίδες όταν ξεθωριάζουν. Οι λωρίδες ύψους αρκετών εκατοντάδων χιλιομέτρων ξεχωρίζουν καλά κατά μήκος της κάτω άκρης απέναντι στον σκοτεινό ουρανό. Το ανώτερο όριο του σέλας χάνεται στον ουρανό.
Αυτά τα όμορφα οπτικά φαινόμενα στην ατμόσφαιρα εξακολουθούν να κρατούν τα μυστικά τους από τους ανθρώπους: ο μηχανισμός εμφάνισης ορισμένων τύπων φωταύγειας, η αιτία του τριξίματος κατά τις απότομες λάμψεις, δεν έχει μελετηθεί πλήρως. Ωστόσο, η γενική εικόνα του σχηματισμού των σέλας είναι γνωστή σήμερα. Ο ουρανός πάνω από τον βόρειο και τον νότιο πόλο κοσμείται με μια πρασινο-ροζ λάμψη καθώς φορτισμένα σωματίδια από τον ηλιακό άνεμο συγκρούονται με άτομα στην ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης. Τα τελευταία, ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης, λαμβάνουν πρόσθετη ενέργεια και την εκπέμπουν με τη μορφή φωτός.
Halo
Ο ήλιος και η σελήνη εμφανίζονται συχνά μπροστά μας περικυκλωμένοι από μια λάμψη που μοιάζει με φωτοστέφανο. Αυτό το φωτοστέφανο είναι ένας πολύ ορατός δακτύλιος γύρω από την πηγή φωτός. Στην ατμόσφαιρα, τις περισσότερες φορές σχηματίζεται λόγω των μικρότερων σωματιδίων πάγου που συνθέτουν σύννεφα κίρρου ψηλά πάνω από τη Γη. Ανάλογα με το σχήμα και το μέγεθος των κρυστάλλων αλλάζουν τα χαρακτηριστικά του φαινομένου. Συχνά το φωτοστέφανο παίρνει τη μορφή κύκλου ουράνιου τόξου ως αποτέλεσμα της αποσύνθεσης της δέσμης φωτός σε ένα φάσμα.
Μια ενδιαφέρουσα ποικιλία του φαινομένου ονομάζεται παρήλιο. Ως αποτέλεσμα της διάθλασης του φωτός σε κρυστάλλους πάγου επάνωΣτο επίπεδο του Ήλιου σχηματίζονται δύο φωτεινά σημεία που μοιάζουν με φως ημέρας. Στα ιστορικά χρονικά μπορεί κανείς να βρει περιγραφές αυτού του φαινομένου. Στο παρελθόν, θεωρούνταν συχνά ως προάγγελος τρομερών γεγονότων.
Mirage
Τα μιράζ είναι επίσης οπτικά φαινόμενα στην ατμόσφαιρα. Προκύπτουν ως αποτέλεσμα της διάθλασης του φωτός στο όριο μεταξύ στρωμάτων αέρα που διαφέρουν σημαντικά σε πυκνότητα. Η βιβλιογραφία περιγράφει πολλές περιπτώσεις που ένας ταξιδιώτης στην έρημο είδε οάσεις ή ακόμα και πόλεις και κάστρα που δεν μπορούσαν να είναι κοντά. Τις περισσότερες φορές πρόκειται για «κατώτερες» αντικατοπτρισμούς. Αναδύονται πάνω από μια επίπεδη επιφάνεια (έρημο, άσφαλτος) και αντιπροσωπεύουν μια ανακλώμενη εικόνα του ουρανού, η οποία φαίνεται στον παρατηρητή σαν ένα σώμα νερού.
Τα λεγόμενα ανώτερα αντικατοπτρίσματα είναι λιγότερο συνηθισμένα. Σχηματίζονται σε κρύες επιφάνειες. Οι ανώτερες αντικατοπτρισμοί είναι ευθείες και ανεστραμμένες, μερικές φορές συνδυάζουν και τις δύο θέσεις. Ο πιο διάσημος εκπρόσωπος αυτών των οπτικών φαινομένων είναι η Fata Morgana. Πρόκειται για ένα περίπλοκο αντικατοπτρισμό που συνδυάζει πολλούς τύπους αντανακλάσεων ταυτόχρονα. Αντικείμενα της πραγματικής ζωής εμφανίζονται ενώπιον του παρατηρητή, επανειλημμένα ανακλώνται και αναμειγνύονται.
Ατμοσφαιρικός ηλεκτρισμός
Τα ηλεκτρικά και οπτικά φαινόμενα στην ατμόσφαιρα αναφέρονται συχνά μαζί, αν και οι αιτίες εμφάνισής τους είναι διαφορετικές. Η πόλωση των νεφών και ο σχηματισμός κεραυνών συνδέονται με διεργασίες που συμβαίνουν στην τροπόσφαιρα και την ιονόσφαιρα. Οι γιγάντιες εκκενώσεις σπινθήρων σχηματίζονται συνήθως κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας. Ο κεραυνός εμφανίζεται μέσα στα σύννεφα και μπορεί να χτυπήσει το έδαφος. Είναι απειλητικά για τη ζωήάνθρωποι, και αυτός είναι ένας από τους λόγους του επιστημονικού ενδιαφέροντος για τέτοια φαινόμενα. Ορισμένες ιδιότητες του κεραυνού εξακολουθούν να αποτελούν μυστήριο για τους ερευνητές. Σήμερα, η αιτία του κεραυνού μπάλας είναι άγνωστη. Όπως συμβαίνει με ορισμένες πτυχές της θεωρίας σέλας και αντικατοπτρισμού, τα ηλεκτρικά φαινόμενα συνεχίζουν να ιντριγκάρουν τους επιστήμονες.
Οπτικά φαινόμενα στην ατμόσφαιρα, που περιγράφονται εν συντομία στο άρθρο, γίνονται ολοένα και πιο κατανοητά για τους φυσικούς καθημερινά. Ταυτόχρονα, όπως ο κεραυνός, δεν παύουν να εκπλήσσουν τους ανθρώπους με την ομορφιά, το μυστήριο και μερικές φορές τη μεγαλοπρέπειά τους.
