1. Optische Phänomene in der Atmosphäre waren die ersten optischen Effekte, die von Menschen beobachtet wurden. Mit dem Verständnis der Natur dieser Phänomene und der Natur des menschlichen Sehens begann die Entstehung des Lichtproblems.

Die Gesamtzahl optischer Phänomene in der Atmosphäre ist sehr groß. Hier werden nur die berühmtesten Phänomene betrachtet - Luftspiegelungen, Regenbögen, Heiligenscheine, Kronen, funkelnde Sterne, blauer Himmel und scharlachrote Morgendämmerung. Die Entstehung dieser Effekte ist mit Lichteigenschaften wie Brechung an den Grenzflächen zwischen Medien, Interferenz und Beugung verbunden.

2. atmosphärische Brechung – ist die Krümmung von Lichtstrahlen, wenn sie die Atmosphäre des Planeten passieren. Abhängig von den Strahlenquellen gibt es astronomisch und terrestrisch Brechung. Im ersten Fall stammen die Strahlen von Himmelskörpern (Sternen, Planeten), im zweiten Fall von terrestrischen Objekten. Als Ergebnis der atmosphärischen Brechung sieht der Beobachter ein Objekt nicht dort, wo es ist, oder nicht in der Form, die es hat.

3. Astronomische Refraktion war bereits in der Zeit des Ptolemäus (2. Jh. n. Chr.) bekannt. 1604 schlug I. Kepler vor, dass die Erdatmosphäre eine höhenunabhängige Dichte und eine bestimmte Dicke hat h(Abb. 199). Strahl 1 kommt vom Stern S direkt zum Betrachter EIN in gerader Linie, wird ihm nicht ins Auge fallen. An der Grenze von Vakuum und Atmosphäre gebrochen, trifft es auf den Punkt BEIM.

Strahl 2 wird das Auge des Beobachters treffen, das ohne Brechung in der Atmosphäre passieren müsste. Als Ergebnis der Lichtbrechung (Brechung) sieht der Beobachter den Stern nicht in der Richtung S, sondern auf der Fortsetzung des in der Atmosphäre gebrochenen Strahls, dh in der Richtung S 1 .

Injektion γ , die zum Zenit abweicht Z scheinbare Position des Sterns S 1 im Vergleich zur wahren Position S, namens Brechungswinkel. Zur Zeit Keplers waren die Brechungswinkel bereits aus den Ergebnissen astronomischer Beobachtungen einiger Sterne bekannt. Daher verwendete Kepler dieses Schema, um die Dicke der Atmosphäre abzuschätzen h. Nach seinen Berechnungen h» 4 km. Wenn wir mit der Masse der Atmosphäre rechnen, dann ist das etwa die Hälfte des wahren Wertes.

Tatsächlich nimmt die Dichte der Erdatmosphäre mit der Höhe ab. Daher sind die unteren Luftschichten optisch dichter als die oberen. Schräg auf die Erde einfallende Lichtstrahlen werden nicht wie bei Kepler an einem Punkt der Grenze von Vakuum und Atmosphäre gebrochen, sondern entlang des gesamten Weges allmählich gebogen. Dies ähnelt dem Durchgang eines Lichtstrahls durch einen Stapel transparenter Platten, deren Brechungsindex umso größer ist, je tiefer die Platte liegt. Der Gesamteffekt der Brechung manifestiert sich jedoch auf die gleiche Weise wie im Kepler-Schema. Wir bemerken zwei Phänomene aufgrund der astronomischen Brechung.

a. Die scheinbaren Positionen von Himmelsobjekten verschieben sich in Richtung Zenit zum Brechungswinkel γ . Je tiefer der Stern am Horizont steht, desto deutlicher hebt sich seine scheinbare Position am Himmel gegenüber der wahren (Abb. 200). Daher ist das Bild des Sternenhimmels, von der Erde aus betrachtet, etwas zur Mitte hin verzerrt. Nur der Punkt bewegt sich nicht S im Zenit gelegen. Aufgrund der atmosphärischen Brechung können Sterne beobachtet werden, die sich leicht unterhalb der geometrischen Horizontlinie befinden.

Brechungswinkelwerte γ nimmt mit zunehmendem Winkel schnell ab. β die Höhe der Leuchte über dem Horizont. Beim β = 0 γ = 35" . Dies ist der maximale Brechungswinkel. Beim β = 5º γ = 10" , beim β = 15º γ = 3" , beim β = 30º γ = 1" . Für Leuchten, deren Höhe β > 30º, Brechungsverschiebung γ < 1" .

b. Die Sonne beleuchtet mehr als die Hälfte der Erdoberfläche.. Strahlen 1 - 1, die in Abwesenheit einer Atmosphäre die Erde an den Punkten des diametralen Abschnitts berühren sollten DD, dank der Atmosphäre berühren sie es etwas früher (Abb. 201).

Die Erdoberfläche wird von den Strahlen 2 - 2 berührt, die ohne die Atmosphäre vorbeigehen würden. Als Ergebnis die Terminator-Linie BB, die Licht von Schatten trennt, verschiebt sich in den Bereich der Nachthalbkugel. Daher ist die Fläche der Tagesoberfläche auf der Erde größer als die Fläche der Nacht.

4. Brechung der Erde. Wenn die Phänomene der astronomischen Refraktion bedingt sind globaler Brechungseffekt der Atmosphäre, dann sind die Phänomene der terrestrischen Refraktion bedingt lokale atmosphärische Veränderungen normalerweise mit Temperaturanomalien verbunden. Die bemerkenswertesten Manifestationen der terrestrischen Brechung sind Luftspiegelungen.

a. überlegene Fata Morgana(ab fr. Fata Morgana). Es wird normalerweise in arktischen Regionen mit klarer Luft und niedrigen Oberflächentemperaturen beobachtet. Die starke Abkühlung der Oberfläche ist hier nicht nur auf den niedrigen Sonnenstand über dem Horizont zurückzuführen, sondern auch darauf, dass die mit Schnee oder Eis bedeckte Oberfläche den größten Teil der Strahlung ins All reflektiert. Infolgedessen sinkt in der Oberflächenschicht, wenn sie sich der Erdoberfläche nähert, die Temperatur sehr schnell und die optische Dichte der Luft nimmt zu.

Die Krümmung der Strahlen zur Erde ist manchmal so stark, dass Objekte beobachtet werden, die weit jenseits der Linie des geometrischen Horizonts liegen. Strahl 2 in Abb. 202, der in einer gewöhnlichen Atmosphäre in die oberen Schichten gegangen wäre, wird in diesem Fall zur Erde hin gebogen und tritt in das Auge des Beobachters ein.

Eine solche Fata Morgana sind offenbar die legendären „Fliegenden Holländer“ – die Geister von Schiffen, die eigentlich hunderte oder gar tausende Kilometer entfernt sind. Überraschend bei überlegenen Luftspiegelungen ist, dass die scheinbare Größe der Körper nicht merklich abnimmt.

Beispielsweise beobachtete die Besatzung des Bremer Schiffes „Matador“ 1898 ein Geisterschiff, dessen scheinbare Ausmaße einer Entfernung von 3-5 Seemeilen entsprachen. Tatsächlich befand sich dieses Schiff, wie sich später herausstellte, zu diesem Zeitpunkt in einer Entfernung von etwa tausend Meilen. (1 Seemeile entspricht 1852 m). Oberflächenluft beugt Lichtstrahlen nicht nur, sondern bündelt sie als komplexes optisches System auch.

Unter normalen Bedingungen nimmt die Lufttemperatur mit zunehmender Höhe ab. Den umgekehrten Temperaturverlauf, wenn die Temperatur mit zunehmender Höhe ansteigt, nennt man Temperaturumkehr. Temperaturinversionen können nicht nur in den arktischen Zonen auftreten, sondern auch an anderen Orten in niedrigeren Breiten. Daher können hervorragende Trugbilder überall dort auftreten, wo die Luft ausreichend sauber ist und wo Temperaturumkehrungen auftreten. Zum Beispiel werden an der Mittelmeerküste manchmal Luftspiegelungen in der Ferne beobachtet. Temperaturinversion wird hier durch heiße Luft aus der Sahara erzeugt.

b. minderwertige Fata Morgana tritt während des umgekehrten Temperaturverlaufs auf und wird normalerweise in Wüsten bei heißem Wetter beobachtet. Bis zum Mittag, wenn die Sonne hoch steht, erwärmt sich der sandige Boden der Wüste, der aus Partikeln fester Mineralien besteht, auf 50 Grad oder mehr. Gleichzeitig bleibt die Luft in einer Höhe von mehreren zehn Metern relativ kalt. Daher ist der Brechungsindex der darüber liegenden Luftschichten im Vergleich zur bodennahen Luft deutlich größer. Dies führt auch zur Krümmung der Strahlen, aber in die entgegengesetzte Richtung (Abb. 203).

Lichtstrahlen, die von den tief über dem Horizont liegenden Teilen des Himmels kommen, die dem Betrachter gegenüberliegen, werden ständig nach oben gebogen und treten in der Richtung von unten nach oben in das Auge des Betrachters ein. Dadurch sieht der Betrachter bei ihrer Fortsetzung auf der Erdoberfläche eine Spiegelung des Himmels, die einer Wasseroberfläche ähnelt. Dies ist die sogenannte „See“-Fantasie.

Der Effekt wird noch verstärkt, wenn sich in Beobachtungsrichtung Felsen, Hügel, Bäume oder Gebäude befinden. In diesem Fall sind sie als Inseln inmitten eines riesigen Sees sichtbar. Außerdem ist nicht nur das Objekt sichtbar, sondern auch seine Spiegelung. Durch die Krümmung der Strahlen wirkt die Bodenluftschicht wie ein Spiegel der Wasseroberfläche.

5. Regenbogen. Es ist bunt ein optisches Phänomen, das bei Regen beobachtet wird, von der Sonne beleuchtet wird und ein System konzentrischer farbiger Bögen darstellt.

Die erste Theorie des Regenbogens wurde 1637 von Descartes entwickelt. Zu diesem Zeitpunkt waren die folgenden experimentellen Fakten in Bezug auf den Regenbogen bekannt:

a. Der Mittelpunkt des Regenbogens O liegt auf der Geraden, die die Sonne mit dem Auge des Betrachters verbindet.(Abb.204).

b. Um die Symmetrielinie Auge – Sonne verläuft ein farbiger Bogen mit einem Winkelradius von etwa 42° . Die Farben sind von der Mitte aus gezählt in der Reihenfolge: blau (d), grün (h), rot (k)(Leitungsgruppe 1). Das Hauptregenbogen. Innerhalb des Hauptregenbogens befinden sich schwache mehrfarbige Bögen in rötlichen und grünlichen Farbtönen.

in. Das zweite System von Bögen mit einem Winkelradius von ca 51° wird sekundärer Regenbogen genannt. Seine Farben sind viel blasser und verlaufen in umgekehrter Reihenfolge, von der Mitte aus gezählt, Rot, Grün, Blau (eine Gruppe von Linien 2) .

G. Der Hauptregenbogen erscheint nur, wenn die Sonne in einem Winkel von nicht mehr als 42 ° über dem Horizont steht.

Wie Descartes feststellte, ist der Hauptgrund für die Bildung des primären und sekundären Regenbogens die Brechung und Reflexion von Lichtstrahlen in Regentropfen. Betrachten Sie die wichtigsten Bestimmungen seiner Theorie.

6. Brechung und Reflexion eines monochromatischen Strahls in einem Tropfen. Lassen Sie einen monochromatischen Strahl mit Intensität ich 0 fällt auf einen kugelförmigen Tropfen mit Radius R auf Distanz j von der Achse in der Ebene des diametralen Abschnitts (Abb. 205). Am Sturzpunkt EIN Ein Teil des Strahls wird reflektiert und der Hauptteil der Intensität ich 1 geht in den Tropfen. Am Punkt B Der größte Teil des Strahls geht in die Luft (in Abb. 205 BEIM Strahl nicht gezeigt), und ein kleinerer Teil wird reflektiert und fällt auf einen Punkt Mit. An der Stelle ausgestiegen Mit Strahlintensität ich 3 ist an der Bildung des Hauptbogens und schwacher Nebenbänder innerhalb des Hauptbogens beteiligt.

Lass uns die Ecke finden θ , unter dem der Strahl herauskommt ich 3 in Bezug auf den einfallenden Strahl ich 0 . Beachten Sie, dass alle Winkel zwischen dem Strahl und der Normalen innerhalb des Tropfens gleich und gleich dem Brechungswinkel sind β . (Dreiecke OAB und OVS gleichschenklig). Egal wie sehr der Strahl innerhalb des Tropfens „kreist“, alle Einfalls- und Reflexionswinkel sind gleich und gleich dem Brechungswinkel β . Aus diesem Grund tritt an den Punkten kein Strahl aus dem Tropfen aus BEIM, Mit usw., tritt unter demselben Winkel aus, der gleich dem Einfallswinkel ist α .

Um einen Winkel zu finden θ Strahlablenkung ich 3 vom Original, ist es notwendig, die Abweichungswinkel an Punkten zu summieren SONDERN, BEIM und Mit: q = (α – β) + (π – 2β) + (α - β) = π + 2α – 4β . (25.1)

Es ist bequemer, einen spitzen Winkel zu messen φ \u003d π - q \u003d 4β – 2α . (25.2)

Nachdem Descartes die Berechnung für mehrere hundert Strahlen durchgeführt hatte, fand er heraus, dass der Winkel φ mit Wachstum j, das heißt, wenn sich der Strahl wegbewegt ich 0 von der Fallachse, wächst zunächst im absoluten Wert, bei j/R≈ 0,85 nimmt einen Maximalwert an und beginnt dann abzunehmen.

Dies ist nun der Grenzwert des Winkels φ kann durch Untersuchen der Funktion gefunden werden φ bis zum Äußersten beim. Seit der Sünde α = yçR, und Sünde β = yçR· n, dann α = arcsin ( yçR), β = arcsin ( yçRn). Dann

, . (25.3)

Wenn wir die Terme in verschiedene Teile der Gleichung erweitern und quadrieren, erhalten wir:

, Þ (25.4)

Für gelb D- Natriumlinien λ = 589,3 nm Brechungsindex von Wasser n= 1,333. Punktabstand SONDERN Vorkommen dieses Strahls von der Achse j= 0,861R. Der Grenzwinkel für diesen Strahl ist

Interessant, dass der Punkt BEIM die erste Reflexion des Strahls im Tropfen ist auch der maximale Abstand von der Tropfenachse. Erkunden in einem extremen Winkel d= p– α – ε = p– α – (p– 2β ) = 2β – α in Größe beim, erhalten wir die gleiche Bedingung beim= 0,861R und d= 42,08°/2 = 21,04°.

Abbildung 206 zeigt die Winkelabhängigkeit φ , unter der der Strahl den Tropfen nach der ersten Reflexion verlässt (Formel 25.2), an der Position des Punktes SONDERN Strahleintritt in den Tropfen. Alle Strahlen werden in einem Kegel mit einem Spitzenwinkel von ≈ 42º reflektiert.

Für die Bildung eines Regenbogens ist es sehr wichtig, dass die in den Tropfen eintretenden Strahlen in einer zylindrischen Schicht dicker sind uçR B. von 0,81 bis 0,90, treten nach Reflexion an der dünnen Wand des Kegels im Winkelbereich von 41,48º bis 42,08º aus. Außen ist die Wand des Kegels glatt (es gibt ein Extremum des Winkels φ ), von innen - locker. Die Winkeldicke der Wand beträgt ≈ 20 Bogenminuten. Für durchfallende Strahlen verhält sich der Tropfen wie eine Linse mit einer Brennweite f= 1,5R. Strahlen treten über die gesamte Oberfläche der ersten Halbkugel in den Tropfen ein, werden von einem divergierenden Strahl im Raum eines Kegels mit einem Achswinkel von ≈ 42º zurückgeworfen und treten durch ein Fenster mit einem Winkelradius von ≈ 21º (Abb. 207). ).

7. Die Intensität der aus dem Tropfen austretenden Strahlen. Wir sprechen hier nur von den Strahlen, die nach der ersten Reflexion aus dem Tropfen ausgetreten sind (Abb. 205). Trifft ein Strahl schräg auf einen Tropfen α , hat Intensität ich 0 , dann hat der Strahl, der in das Tröpfchen eingedrungen ist, eine Intensität ich 1 = ich 0 (1 – ρ ), wo ρ ist der Intensitätsreflexionskoeffizient.

Für unpolarisiertes Licht der Reflexionskoeffizient ρ kann mit der Fresnel-Formel (17.20) berechnet werden. Da die Formel die Quadrate der Funktionen der Differenz und der Summe der Winkel enthält α und β , dann hängt der Reflexionskoeffizient nicht davon ab, ob der Strahl in das Tröpfchen eintritt oder aus dem Tröpfchen kommt. Weil die Ecken α und β an Punkten SONDERN, BEIM, Mit gleich sind, dann der Koeffizient ρ an allen Punkten SONDERN, BEIM, Mit das gleiche. Daher die Intensität der Strahlen ich 1 = ich 0 (1 – ρ ), ich 2 = ich 1 ρ = ich 0 ρ (1 – ρ ), ich 3 = ich 2 (1 – ρ ) = ich 0 ρ (1 – ρ ) 2 .

Tabelle 25.1 zeigt die Werte der Winkel φ , Koeffizient ρ und Intensitätsverhältnisse ich 3 cI 0 bei unterschiedlichen Entfernungen berechnet uçR Strahleintritt für gelbe Natriumleitung λ = 589,3 nm. Wie aus der Tabelle ersichtlich, wann beim≤ 0,8R in den Strahl ich 3 fallen weniger als 4 % der Energie des auf den Tropfen auftreffenden Strahls. Und erst ab beim= 0,8R und mehr bis zu beim= R Ausgangsstrahlintensität ich 3 wird multipliziert.

Tabelle 25.1
j/R	α ,º	β ,º	φ ,º	ρ	ich 3 /ich 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

Also die Strahlen, die im Grenzwinkel aus dem Tropfen austreten φ , haben im Vergleich zu anderen Strahlen aus zwei Gründen eine viel größere Intensität. Zum einen durch die starke Winkelkompression des Strahlenbündels in der dünnen Kegelwand und zum anderen durch geringere Verluste im Tropfen. Allein die Intensität dieser Strahlen reicht aus, um im Auge das Gefühl des Glanzes eines Tropfens hervorzurufen.

8. Entstehung des Hauptregenbogens. Wenn Licht auf einen Tropfen fällt, teilt sich der Strahl aufgrund von Dispersion. Dadurch wird die Wand des hellen Reflexionskegels farbig geschichtet (Abb. 208). lila Strahlen ( l= 396,8 nm) schräg austreten j= 40°36", rot ( l= 656,3 nm) - schräg j= 42°22". In diesem Winkelintervall D φ \u003d 1 ° 46 "umfasst das gesamte Spektrum der aus dem Tropfen austretenden Strahlen. Violette Strahlen bilden einen inneren Kegel, rote einen äußeren Kegel. Wenn die von der Sonne beleuchteten Regentropfen vom Beobachter gesehen werden, dann diejenigen von ihnen, deren Kegel Strahlen, die in das Auge eintreten, werden als die hellsten gesehen.Als Ergebnis werden alle Tropfen, die in Bezug auf den Sonnenstrahl stehen, der durch das Auge des Betrachters in einem Winkel eines roten Kegels geht, als rot gesehen, in einem Winkel von grün - grün (Abb. 209).

9. Sekundäre Regenbogenbildung entsteht durch die nach der zweiten Reflexion aus dem Tropfen austretenden Strahlen (Abb. 210). Die Intensität der Strahlen nach der zweiten Reflexion ist etwa eine Größenordnung geringer als die der Strahlen nach der ersten Reflexion und hat bei einer Änderung in etwa den gleichen Weg uçR.

Die nach der zweiten Reflexion aus dem Tropfen austretenden Strahlen bilden einen Kegel mit einem Spitzenwinkel von ≈ 51º. Wenn der Primärkegel außen eine glatte Seite hat, dann hat der Sekundärkegel innen eine glatte Seite. Zwischen diesen Kegeln gibt es praktisch keine Strahlen. Je größer die Regentropfen, desto heller der Regenbogen. Mit abnehmender Größe der Tröpfchen wird der Regenbogen blass. Wenn aus Regen Nieselregen wird R≈ 20 - 30 Mikrometer degeneriert der Regenbogen zu einem weißlichen Bogen mit fast nicht unterscheidbaren Farben.

10. Heiligenschein(aus dem Griechischen. Heiligenscheine- Ring) - ein optisches Phänomen, das normalerweise ist schillernde Kreise um die Sonnen- oder Mondscheibe mit einem Winkelradius 22º und 46º. Diese Kreise entstehen durch Lichtbrechung durch Eiskristalle in Cirruswolken, die die Form von sechseckigen regelmäßigen Prismen haben.

Zu Boden fallende Schneeflocken haben eine sehr unterschiedliche Form. Die durch Dampfkondensation in der oberen Atmosphäre gebildeten Kristalle haben jedoch hauptsächlich die Form von hexagonalen Prismen. Von allen möglichen Optionen für den Durchgang eines Strahls durch ein Sechskantprisma sind drei am wichtigsten (Abb. 211).

Im Fall (a) geht der Strahl ohne Aufspaltung oder Ablenkung durch gegenüberliegende parallele Flächen des Prismas.

Im Fall (b) tritt der Strahl durch die Prismenflächen, die einen Winkel von 60º zueinander bilden, und wird wie in einem Spektralprisma gebrochen. Die Intensität des Strahls, der im Winkel der geringsten Abweichung von 22º austritt, ist maximal. Im dritten Fall (c) tritt der Strahl durch die Seitenfläche und die Basis des Prismas. Brechungswinkel 90º, Winkel der geringsten Abweichung 46º. In den beiden letzteren Fällen werden die weißen Strahlen geteilt, die blauen Strahlen weichen stärker ab, die roten Strahlen weniger. Die Fälle (b) und (c) verursachen das Erscheinen von Ringen, die in den durchgelassenen Strahlen beobachtet werden und Winkelabmessungen von 22º und 46º haben (Abb. 212).

Normalerweise ist der äußere Ring (46º) heller als der innere und beide haben einen rötlichen Farbton. Dies erklärt sich nicht nur durch die starke Streuung der blauen Strahlen in der Wolke, sondern auch dadurch, dass die Streuung der blauen Strahlen im Prisma größer ist als die der roten. Daher verlassen blaue Strahlen die Kristalle in einem stark divergierenden Strahl, wodurch ihre Intensität abnimmt. Und die roten Strahlen kommen in einem schmalen Strahl heraus, der eine viel größere Intensität hat. Unter günstigen Bedingungen, wenn Farben unterschieden werden können, ist die Innenseite der Ringe rot, die Außenseite blau.

10. Kronen- helle Nebelringe um die Scheibe des Sterns. Ihr Winkelradius ist viel kleiner als der Halo-Radius und überschreitet 5º nicht. Kronen entstehen durch Beugungsstreuung von Strahlen durch Wassertröpfchen, die eine Wolke oder einen Nebel bilden.

Wenn der Tropfenradius R, dann wird das erste Beugungsminimum in parallelen Strahlen unter einem Winkel beobachtet j = 0,61∙lçR(siehe Formel 15.3). Hier l ist die Wellenlänge des Lichts. Die Beugungsmuster einzelner Tropfen in parallelen Strahlen fallen zusammen, wodurch die Intensität der Lichtringe verstärkt wird.

Aus dem Durchmesser der Kronen lässt sich die Größe der Tröpfchen in der Wolke bestimmen. Je größer die Tropfen (mehr R), desto kleiner die Winkelgröße des Rings. Die größten Ringe werden aus den kleinsten Tröpfchen beobachtet. Bei Entfernungen von mehreren Kilometern sind Beugungsringe noch sichtbar, wenn die Tröpfchengröße mindestens 5 µm beträgt. In diesem Fall j max = 0,61 lçR≈ 5 ¸ 6°.

Die Farbe der hellen Ringe der Kronen ist sehr schwach. Wenn es auffällt, hat der äußere Rand der Ringe eine rötliche Farbe. Das heißt, die Farbverteilung in den Kronen ist umgekehrt zu der Farbverteilung in den Halo-Ringen. Dies ermöglicht neben den Winkelmaßen auch eine Unterscheidung zwischen den Kronen und dem Halo. Wenn sich in der Atmosphäre Tröpfchen unterschiedlicher Größe befinden, bilden die übereinander liegenden Ringe der Kronen ein allgemeines helles Leuchten um die Sternscheibe. Dieses Leuchten wird genannt Heiligenschein.

11. Blauer Himmel und scharlachrote Morgendämmerung. Wenn die Sonne über dem Horizont steht, erscheint ein wolkenloser Himmel blau. Tatsache ist, dass aus den Strahlen des Sonnenspektrums gemäß dem Rayleigh-Gesetz ich Rasse ~ 1 /l 4, kurze blaue, cyanfarbene und violette Strahlen werden am intensivsten gestreut.

Wenn die Sonne tief über dem Horizont steht, wird ihre Scheibe aus dem gleichen Grund als purpurrot wahrgenommen. Durch die starke Streuung von kurzwelligem Licht erreichen hauptsächlich schwach gestreute rote Strahlen den Betrachter. Die Streuung der Strahlen der aufgehenden oder untergehenden Sonne ist besonders groß, weil die Strahlen in der Nähe der Erdoberfläche, wo die Konzentration der Streupartikel besonders hoch ist, eine lange Strecke zurücklegen.

Morgen- oder Abenddämmerung - die Färbung des sonnennahen Himmels in Rosa - erklärt sich durch die Beugungsstreuung von Licht an Eiskristallen in der oberen Atmosphäre und die geometrische Reflexion von Licht von Kristallen.

12. funkelnde Sterne- Dies sind schnelle Änderungen in der Helligkeit und Farbe von Sternen, die sich besonders in Horizontnähe bemerkbar machen. Das Funkeln der Sterne entsteht durch die Brechung von Strahlen in schnell strömenden Luftströmen, die aufgrund unterschiedlicher Dichten einen unterschiedlichen Brechungsindex haben. Dadurch verhält sich die Atmosphärenschicht, die der Strahl durchdringt, wie eine Linse mit variabler Brennweite. Es kann sowohl Sammeln als auch Streuen sein. Im ersten Fall wird das Licht gebündelt, die Brillanz des Sterns verstärkt, im zweiten Fall wird das Licht gestreut. Ein solcher Vorzeichenwechsel wird bis zu hundertmal pro Sekunde aufgezeichnet.

Durch die Streuung wird der Strahl in verschiedenfarbige Strahlen zerlegt, die unterschiedlichen Bahnen folgen und um so stärker divergieren können, je tiefer der Stern am Horizont steht. Der Abstand zwischen den violetten und roten Strahlen eines Sterns kann in der Nähe der Erdoberfläche 10 Meter erreichen. Dadurch sieht der Beobachter eine kontinuierliche Veränderung der Helligkeit und Farbe des Sterns.

Optische Phänomene in der Atmosphäre

Die Atmosphäre ist ein komplexes Gasgemisch. Moleküle, Atome von Gasen, Kondensations- und Sublimationsprodukte von Wasserdampf, verschiedene in der Luft schwebende feste Partikel nehmen am Prozess der Lichtstreuung teil. Dadurch ist die Atmosphäre eine Art optisches System mit ständig wechselnden Parametern. Optische Phänomene in der Atmosphäre entstehen durch Reflexion,

Brechung und Dispersion(weißes Licht wird in ein Spektrum zerlegt),

atmosphärische Streuung Halo-Brechung

Beugung ( Abweichung einer Lichtwelle von einer geradlinigen Richtung beim Durchgang durch kleine Löcher oder beim Umbiegen um kleine Hindernisse) und Interferenz(Überlagerungs-)Wellen

Die blaue Farbe des Himmels ist wissenschaftlich erklärt Rayleigh-Theorie basierend auf dem Gesetz der molekularen Streuung. Darin heißt es: "Die Intensität des gestreuten Lichts ändert sich umgekehrt mit der vierten Potenz der Wellenlänge des auf das streuende Teilchen einfallenden Lichts." Da die Wellenlänge von violetten Strahlen halb so groß ist wie die von roten Strahlen, streuen sie 16-mal mehr. Alle anderen farbigen Strahlen des sichtbaren Spektrums werden im gestreuten Licht in einer Menge enthalten sein, die umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge von jedem von ihnen ist. Eine Mischung aller gestreuten Strahlen ergibt eine blaue Farbe.

Molekulare Rayleigh-Streuung ist ein Spezialfall der Aerosoldispersion. Wenn die Partikelgröße 1/10 der einfallenden Wellenlänge überschreitet, passiert sie in Aerosolstreuung Mie(weißlicher, rötlicher Himmel). Mittags erreichen überwiegend langwellige Strahlen die Sonne - rote, orange, gelbe Strahlen. Wenn die Sonne in Richtung Horizont sinkt, müssen die Strahlen einen längeren Weg in der Atmosphäre zurücklegen. Verluste kurzwelliger Strahlen machen sich bemerkbar. Und die Farbe der Sonne bei Sonnenuntergang wird orange oder rot.

Der goldene, orange oder rötliche Farbton des Himmels über dem Horizont wird genannt Dämmerung. Die Farbe des Himmels hängt von den Verunreinigungen der Aerosole in der Luft ab. Goldene Farbtöne weisen auf eine kleine Menge Aerosole in der Luft hin, die das Sonnenlicht streuen. Das Vorhandensein von Wasserdampf erhöht die Streuung roter Strahlen in der Atmosphäre.

Dämmerungsstrahlen- Dieses Phänomen ist auf den Kontrast zwischen dem Licht der Sonne, verstreutem Wasserdampf in der Luft und dem Schatten zurückzuführen, der von Wolken geworfen wird, die sich unter dem Horizont oder nicht hoch über dem Horizont befinden.

Regenbogen und Heiligenschein- Phänomene im Zusammenhang mit der Brechung und Reflexion von Lichtstrahlen in Tropfen und Wolkenkristallen.

Regenbogen in der der Sonne entgegengesetzten Richtung beobachtet, normalerweise in einer Entfernung von 1-2 km vom Beobachter. Manchmal kann es in einer Entfernung von mehreren Metern vor dem Hintergrund von Wassertropfen beobachtet werden. Das Zentrum des Regenbogens liegt auf der gleichen Linie mit dem Auge des Beobachters und mit dem Mittelpunkt der Sonnenscheibe. In einem Tropfen gebrochen, zerfällt der Strahl in Grundfarben. Die innere Farbe des Regenbogens ist lila, die äußere Farbe ist rot. Die Art des Bogens, die Helligkeit der Farben und die Breite der Streifen hängen von der Anzahl, Größe und Verformung der Regentropfen ab. Große Tropfen erzeugen einen schmaleren und helleren Regenbogen, kleine erzeugen einen Bogen, der verschwommen, verblasst und sogar weiß ist.

Die Entstehung des Hauptregenbogens (mit einem Winkelradius von etwa 42°) wird durch Doppelbrechung und erklärt einzelne innere Reflexion Sonnenlicht, dem sie in Wassertropfen ausgesetzt sind.

Oft erscheint ein zweiter, weniger heller Regenbogen mit einem Winkelradius von etwa 52° bei umgekehrten Farben. Dadurch entsteht dieser Regenbogen doppelt Brechung u Reflexionen Strahlen in einem Tropfen. Viel seltener werden schwach gefärbte Sekundärbögen auf der Innenseite des ersten Regenbogens beobachtet.

Mehrere Formulare Heiligenschein lässt sich in zwei Hauptgruppen einteilen:

Halo, leicht getönt mit schillernden Farben. Dies sind Kreise, Bögen, die sie berühren, Lichtpunkte (falsche Sonnen);

Farblose Halos sind weiß. Dies ist ein horizontaler Kreis, Säulen und Kreuze.

Das Phänomen der ersten Gruppe entsteht durch die Brechung von Strahlen in Eiskristallen und das Phänomen der zweiten Gruppe durch Reflexion an ihren Gesichtern. Diese Kristalle befinden sich im Sommer in Form von Cirruswolken, im Winter auch in Form von Eisstaub, Dunst oder Nebel zwischen Beobachter und Lichtquelle. Die Vielfalt des Halo hängt von der Form der Eiskristalle, ihrer Ausrichtung, Bewegung und der Höhe der Sonne über dem Horizont ab.

Der am häufigsten beobachtete Halo mit einem Radius von 22 °, dessen innerer Teil rötlich, der äußere Teil bläulich ist, der Himmel im Inneren des Rings dunkler erscheint. Ein Halo mit einem Radius von 46 ° ist seltener. Aufgrund seiner Größe wird dieser Halo äußerst selten als vollständiger Kreis beobachtet, normalerweise ist nur ein Teil davon sichtbar. Die schillernde Farbe des Halo entsteht durch die Zerlegung eines weißen Lichtstrahls in einem Eisprisma.

Noch seltener werden komplexe Haloformen beobachtet, wenn sie aus mehreren Kreisen bestehen, tangentiale und schiefe Bögen und falsche Sonnen oder Monde. Häufiger beobachtet obere Tangentenbögen zum Halo bei 22 und 46°. Sie sind konvex der Sonne zugewandt, sie sind hell gefärbt und die rote Farbe ist der Sonne zugewandt. Sie erscheinen, wenn sich in der Wolke Kristalle mit unterschiedlichen Anordnungen von Flächen und brechenden Kanten befinden.

Parallelkreis(oder Kreis falscher Sonnen) - ein weißer Ring, der am Zenitpunkt zentriert ist und parallel zum Horizont durch die Sonne verläuft. Dieser Kreis ist das Ergebnis der Reflexion der Sonnenstrahlen an den Seitenflächen sechseckiger Eiskristalle, die vertikal in der Luft schweben.

Nebenhelia, oder falsche Sonnen, sind hell leuchtende Flecken *, die der Sonne ähneln und an den Schnittpunkten des Nebenhelikkreises * mit dem Halo mit Winkelradien von 22 °, 46 ° und 90 ° gebildet werden. Manchmal ist ein Antelium (Anti-Sonne) sichtbar - ein heller Fleck, der sich auf dem Nebensonnenring genau gegenüber der Sonne befindet. Es wird angenommen, dass die Ursache dieses Phänomens die doppelte interne Reflexion des Sonnenlichts ist. Der reflektierte Strahl folgt dem gleichen Weg wie der einfallende Strahl, jedoch in entgegengesetzter Richtung.

Zirkumzenitalbogen ist ein Bogen von 90° oder weniger, zentriert auf dem Zenit, ungefähr 46° über der Sonne. Es hat helle Farben, die Außenseite des Bogens ist rot gestrichen.

Solarpol sehr häufiges Vorkommen, erinnert an Schwert. Es entsteht durch die Reflexion von Lichtstrahlen an horizontalen Flächen, in der Luft schwebenden Eisplatten. Kreuz. Dieses Phänomen wird durch den Schnittpunkt der Säulen mit einem weißen horizontalen Kreis erzielt.

3) Kronen, Herrlichkeiten, Gebrochene Geister, Halos, Schillern von Wolken dadurch entstehen Beugung und Interferenz Sonnenstrahlen.

Kronen helle, leicht gefärbte Ringe, deren Innenseite blau, die Außenseite rot ist. Sie umgeben die Sonne oder den Mond, die durch dünne Wasserwolken scheinen. Die Krone kann eine neben der Leuchte (Halo) oder mehrere "zusätzliche Ringe" sein, die durch Lücken getrennt sind. Kronen werden durch extreme Tangentialstrahlen gebildet, die auf die Oberfläche eines kugelförmigen Partikels (Wolken- oder Nebeltröpfchen, Tau, Sandkörner) einfallen. Der Grund für das Erscheinen von Kronen ist die Lichtbeugung, wenn es zwischen den Tröpfchen und Kristallen der Wolke hindurchgeht. Beim Durchgang durch kleine Löcher geht der Lichtstrahl um die Ränder des Tropfens herum und zerfällt gleichzeitig in farbige Strahlen, die unterschiedlich abgelenkt werden, wenn der Strahl am Rand des Lochs gebogen wird. Die Abmessungen der Krone hängen von der Größe der Tropfen und Kristalle ab: Je größer die Tropfen (Kristalle), desto kleiner die Krone und umgekehrt. Wenn Wolkenelemente in der Wolke größer werden, nimmt der Kronenradius allmählich ab, und wenn die Größe der Wolkenelemente abnimmt (Verdunstung), nimmt er zu.

Wenn die Strahlen innerhalb des Partikels und in bestimmten Winkeln (Tangenten) passieren, wird der Großteil der Strahlen fast vollständig reflektiert und fast parallel zu den einfallenden Strahlen zurückgeleitet. Diese Strahlen erzeugen ein Beugungsmuster in der entgegengesetzten Richtung. So gloria auch „Anti-Krone“ oder „Anti-Corona“ genannt. Gebrochener Geist entsteht in unwegsamem Gelände, wenn die Sonne hinter dem Betrachter um den Schatten einer Person herum steht, die auf eine senkrechte Nebelwand fällt. Am frühen Morgen, sobald die Sonne aufgeht, auf einer reichlich mit Tau bedeckten Wiese, a Nimbus, es bildet sich um den Schatten des Kopfes einer Person.

Manchmal leuchten tagsüber einzelne Teile der Cirrocumulus- oder Altocumulus-Wolken in Regenbogenfarben, und diese Farben schimmern wie Perlmutt. An den dünnen Wolkenrändern ist die Färbung besonders intensiv. Wolkenschillern . Das Farbenspiel entsteht, weil sich die Wolke bewegt und ihre Dichte verändert.

Die in der Atmosphäre beobachteten optischen Phänomene hängen eng mit den darin ablaufenden Prozessen zusammen, sodass Kronen und Halos eines der wichtigsten lokalen Wetterzeichen sind.

Phänomene astronomisch und terrestrische Brechung, aufgrund der Brechung von Lichtstrahlen in der Atmosphäre aufgrund der ungleichmäßigen Verteilung von Temperatur und Luftdichte. Refraktion heißt astronomisch, wenn sich die Lichtquelle außerhalb der Atmosphäre befindet. Die Folgen: das Funkeln der Sterne, die Verzerrung der Form der Sonnenscheibe bei Sonnenauf- und -untergang, eine Verlängerung des Tages. In mittleren Breiten (Moskau, St. Petersburg) verlängert sich der Tag aufgrund der Brechung normalerweise um nicht mehr als 8-12 Minuten, an den Polen mehr. Bei Sonnenuntergang oder Sonnenaufgang, wenn die Sonne unter dem Horizont steht, wird sie durch die Lichtbrechung angehoben, und der Tag geht weiter. Die Zunahme der Tageslänge hängt von der Höhe der Leuchte, vom Breitengrad des Ortes der Temperatur und des Luftdrucks an der Erdoberfläche ab.

Aufgrund der Brechung der Sonnenstrahlen bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang Die Form der Sonnenscheibe ist verzerrt. Die Abflachung der Sonne erklärt sich dadurch, dass ihr unterer Rand, der den Horizont berührt, eine stärkere Brechung erfährt als der obere. funkelnde Sterne Es erklärt sich durch die Brechung und teilweise Zerstreuung der vom Stern kommenden Strahlen in warmen oder kalten Luftstrahlen, die ständig auf dem Weg seiner Strahlen in der Atmosphäre angetroffen werden.

Brechung der Erde entsteht durch den Durchgang und die Brechung von Strahlen von Objekten, die sich innerhalb der Atmosphäre in Luftschichten unterschiedlicher Dichte befinden. Die Manifestation der terrestrischen Refraktion wird durch große Temperaturgradienten (mehr als 3 °C pro 100 m) in der Atmosphäre verursacht. In diesem Fall können entfernte Objekte relativ zu ihrer tatsächlichen Position angehoben oder abgesenkt werden, können auch verzerrt sein und unregelmäßige, fantastische Formen annehmen. Je nachdem, wo sich das Bild in Bezug auf das Motiv befindet, gibt es verschiedene Arten von Luftspiegelungen: obere, untere, seitliche und komplexe.

minderwertige Fata Morgana: Es entsteht durch die Reflexion von Objekten oder des Himmels an der stark erhitzten Luft in der Nähe der Erdoberfläche. Sie werden in den Steppen und Wüsten beobachtet.

Überlegene Fata Morgana. Sie entstehen durch die Reflexion von Objekten, die sich jenseits der Horizontlinie befinden, an einer warmen Luftschicht, die sich über einer sehr kalten Erd- oder Meeresoberfläche befindet. Günstige Bedingungen für sie werden in den Polarregionen oder über kalten Meeren geschaffen.

Seitliche Fata Morgana. Es tritt auf, wenn sich Luftschichten gleicher Dichte nicht horizontal, sondern schräg oder sogar vertikal in der Atmosphäre befinden. Solche Bedingungen entstehen im Sommer morgens nach Sonnenaufgang in der Nähe der felsigen Ufer des Meeres oder Sees, wenn das Ufer bereits von der Sonne beleuchtet wird und die Wasseroberfläche und die Luft darüber noch kalt sind.

Eine komplexe Art von Fata Morgana oder Fata Morgana, entstehen, wenn Bedingungen für das gleichzeitige Auftreten sowohl einer oberen als auch einer unteren Luftspiegelung vorliegen, beispielsweise bei einer signifikanten Temperaturinversion in einer bestimmten Höhe über warmem Wasser, eine Schicht kalter Luft gebildet wird. Infolge der Luft, die aus den Küstenbergen strömt. Zauberschlösser erscheinen über dem Meer, verändern sich, wachsen, verschwinden.

Ungewöhnliche atmosphärische Phänomene haben mystisch veranlagten Menschen Angst eingeflößt und erwecken sie noch immer. Um bei einem Schüler eine objektive Weltanschauung zu entwickeln, können diese Themen daher in fakultativen Klassen berücksichtigt werden. Das Studium der Natur optischer Phänomene wird dazu beitragen, die wissenschaftlichen Grundlagen physikalischer Prozesse zu erklären und das kognitive Interesse der Schüler am Studium ausgewählter Wissensgebiete zu befriedigen. Fotos von Phänomenen können zu Demonstrationszwecken im Erdkundeunterricht in der Schule verwendet werden. Zweifellos wird jeder Student daran interessiert sein, sein Wissen auf dem Gebiet der Untersuchung optischer Phänomene in der Natur zu erweitern.

Das Himmelsgewölbe hat viele Geheimnisse für eine Person geschaffen, bei der Lösung dieser Probleme wurden ebenso viele neue Entdeckungen gemacht. Ein Lichtstrahl, der die Atmosphäre unseres Planeten durchdringt, beleuchtet ihn nicht nur, er verleiht ihm ein einzigartiges Aussehen und macht ihn schön.

Der erste Versuch, den Regenbogen als Naturphänomen zu erklären, wurde 1611 von Erzbischof Antonio Dominis unternommen, für den er exkommuniziert und zum Tode verurteilt und seine Manuskripte verbrannt wurden.

Die wissenschaftliche Erklärung des Regenbogens wurde erstmals 1637 von René Descartes gegeben. Descartes baute ein Bild für 10.000 Strahlen. Es stellte sich heraus, dass bei einer einzigen Reflexion nur eine kleine Gruppe von Strahlen (sie sind durch durchgezogene Linien hervorgehoben) aus dem Tropfen in einem kompakten Strahl austritt, der einen Winkel von etwa 42 ° mit der Richtung der einfallenden Sonnenstrahlen bildet, und mit eine doppelte Reflexion, 52°. Alle anderen (gestrichelt angedeutet) divergieren in einem breiten Fächer, zerstreuen sich. Zu Ehren des Entdeckers wird dieser kompakte Balken genannt Balken von Descartes.

Weniger als 5 % der Energie des Sonnenflusses, der auf einen Tropfen fällt, wird für einen Regenbogen aufgewendet. Gleichzeitig gehen etwa 4% in die Bildung des ersten Regenbogens.

Jeder sieht seinen eigenen Regenbogen. Berechnungen zeigten, dass sich die Regenbogen der 3., 4., 7. und 8. internen Reflexionen um die Sonne und die 5., 6. - um den Antisonnenpunkt herum befinden. Die Winkelabmessungen solcher Regenbögen können auf 30º 14º und 16º 51º abnehmen. Allerdings sehen wir sie kaum.

Reis. 5.

Verschiedene optische (Licht-)Phänomene in der Atmosphäre sind darauf zurückzuführen, dass die Lichtstrahlen der Sonne und anderer Himmelskörper beim Durchgang durch die Atmosphäre Streuung und Beugung erfahren. In dieser Hinsicht treten in der Atmosphäre eine Reihe erstaunlich schöner optischer Phänomene auf:

die Farbe des Himmels, die Farbe der Morgendämmerung, Dämmerung, das Funkeln der Sterne, Kreise um die scheinbare Position von Sonne und Mond, ein Regenbogen, eine Fata Morgana usw. Sie alle spiegeln bestimmte physikalische Prozesse in der Atmosphäre wider, sind sehr eng mit dem Wetterwechsel und -zustand verbunden und können sich daher als gute lokale Anzeichen für ihre Vorhersage summieren.

Wie Sie wissen, besteht das Spektrum des Sonnenlichts aus den sieben Grundfarben Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett, wobei verschiedene Farben weißer Lichtstrahlen in einem genau definierten Verhältnis gemischt werden. Bei jeder Verletzung dieses Anteils wechselt das Licht von weiß zu farbig. Fallen Lichtstrahlen auf Teilchen, deren Abmessungen kleiner sind als die Wellenlängen der Strahlen, so werden sie nach dem Rayleighschen Gesetz an diesen Teilchen umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlängen gestreut. Diese Partikel können sowohl Gasmoleküle sein, aus denen die Atmosphäre besteht, als auch kleinste Staubpartikel.

Die gleichen Teilchen streuen Strahlen unterschiedlicher Farbe auf unterschiedliche Weise. Violette, blaue und blaue Strahlen werden am stärksten gestreut, rote schwächer. Deshalb ist der Himmel blau gefärbt: Am Horizont hat er einen leichten Blauton, und im Zenit ist er fast blau.
Blaue Strahlen werden beim Durchgang durch die Atmosphäre stark gestreut, während rote Strahlen fast ungestreut die Erdoberfläche erreichen. Dies erklärt die rote Farbe der Sonnenscheibe bei Sonnenuntergang oder unmittelbar nach Sonnenaufgang.

Wenn Licht auf Teilchen fällt, deren Durchmesser fast gleich oder größer als die Wellenlänge ist, dann werden die Strahlen aller Farben gleichmäßig gestreut. In diesem Fall haben gestreutes und einfallendes Licht die gleiche Farbe.
Wenn also größere Partikel in der Atmosphäre schweben, wird die blaue Farbe des Himmels durch die Streuung von Gasmolekülen weiß, und der Himmel wird blau mit einem weißlichen Farbton, der mit der Anzahl der schwebenden Partikel zunimmt in der Atmosphäre steigt.
Diese Farbe des Himmels wird beobachtet, wenn viel Staub in der Luft ist.
Die Farbe des Himmels wird weißlich, und wenn sich in der Luft große Mengen an Kondensationsprodukten von Wasserdampf in Form von Wassertröpfchen und Eiskristallen befinden, nimmt der Himmel eine rötliche und orange Färbung an.
Dieses Phänomen wird normalerweise beim Durchgang von Fronten oder Wirbelstürmen beobachtet, wenn Feuchtigkeit durch starke Luftströmungen hoch nach oben getragen wird.

Wenn sich die Sonne dem Horizont nähert, müssen die Lichtstrahlen in einer Luftschicht, die oft eine große Menge großer Feuchtigkeits- und Staubpartikel enthält, einen langen Weg bis zur Erdoberfläche zurücklegen. Dabei wird blaues Licht sehr schwach, rote und andere Strahlen stärker gestreut und färbt die untere Schicht der Atmosphäre je nach Staubgehalt, Feuchtigkeit und Trockenheit in verschiedenen hellen und braunen Rot-, Gelb- und anderen Farbtönen der Luft.

Eng verwandt mit der Farbe des Himmels ist ein Phänomen, das als opaleszenter Dunst bezeichnet wird. Das Phänomen der schillernden Trübung der Luft besteht darin, dass entfernte irdische Objekte in einen bläulichen Schleier gehüllt zu sein scheinen (verstreute violette, blaue, blaue Farben).
Dieses Phänomen wird in den Fällen beobachtet, in denen sich die Luft in einem schwebenden Zustand befindet (viele winzige Staubpartikel mit einem Durchmesser von weniger als 4 Mikrometern.

Zahlreiche Studien der Himmelsfarbe mit einem speziellen Gerät (Cyanometer) und stellten visuell die Beziehung zwischen der Farbe des Himmels und der Art der Luftmasse her. Es stellte sich heraus, dass zwischen diesen beiden Phänomenen ein direkter Zusammenhang besteht.
Die tiefblaue Farbe weist auf das Vorhandensein einer arktischen Luftmasse in der Gegend hin und weißlich - staubig kontinental und tropisch. Wenn durch die Kondensation von Wasserdampf in der Luft Wasserpartikel oder Eiskristalle gebildet werden, die größer als Luftmoleküle sind, reflektieren sie alle Strahlen gleichermaßen und der Himmel wird weißlich oder gräulich.

Feste und flüssige Partikel in der Atmosphäre verursachen erhebliche Trübungen in der Luft und verringern daher die Sicht erheblich. Unter Sichtweite versteht man in der Meteorologie die Grenzentfernung, bei der bei gegebenem Zustand der Atmosphäre die betrachteten Objekte nicht mehr unterscheidbar sind.

Die Farbe des Himmels und die Sichtweite, die maßgeblich von der Größe der Partikel in der Luft abhängen, ermöglichen es daher, den Zustand der Atmosphäre und das bevorstehende Wetter zu beurteilen.

Darauf basieren eine Reihe lokaler Zeichen der Wettervorhersage:

Dunkelblauer Himmel während des Tages (nur in Sonnennähe kann leicht weißlich sein), mäßige bis gute Sicht und ruhiges Wetter führen zu wenig Wasserdampf in der Troposphäre, sodass mit einem Antizyklonwetter von 12 Stunden oder mehr gerechnet werden kann.

Ein weißlicher Himmel während des Tages, durchschnittliche oder schlechte Sicht weisen auf das Vorhandensein einer großen Menge Wasserdampf, Kondensationsprodukte und Staub in der Troposphäre hin, d. H. Die Peripherie des Antizyklons passiert hier in Kontakt mit dem Zyklon: Wir können Erwarten Sie in den nächsten 6-12 Stunden einen Übergang zu Zyklonwetter.

Die grünliche Farbe des Himmels weist auf die große Trockenheit der Luft in der Troposphäre hin; Im Sommer deutet es auf heißes Wetter und im Winter auf Frost hin.

Ein gleichmäßig grauer Himmel am Morgen geht klarem Schönwetter voraus, ein grauer Abend und ein roter Morgen gehen stürmischem Wind voraus.

Der weißliche Farbton des Himmels nahe dem Horizont in geringer Höhe (während der Rest des Himmels blau ist) hat eine leichte Feuchtigkeit in der Troposphäre und deutet auf gutes Wetter hin.

Eine allmähliche Abnahme der Helligkeit und Bläue des Himmels, eine Zunahme eines weißlichen Flecks in Sonnennähe, eine Bewölkung des Himmels in Horizontnähe und eine Verschlechterung der Sicht sind ein Zeichen für die Annäherung einer Warmfront oder einer warmen Okklusionsfront .

Wenn weit entfernte Objekte deutlich sichtbar sind und nicht näher erscheinen, als sie wirklich sind, ist antizyklonales Wetter zu erwarten.

Wenn entfernte Objekte deutlich sichtbar sind, die Entfernung zu ihnen jedoch geringer erscheint als die tatsächliche, befindet sich eine große Menge Wasserdampf in der Atmosphäre: Sie müssen warten, bis sich das Wetter verschlechtert.

Eine schlechte Sicht auf entfernte Objekte an der Küste weist auf das Vorhandensein einer großen Staubmenge in der unteren Luftschicht hin und ist ein Zeichen dafür, dass in den nächsten 6-12 Stunden kein Niederschlag zu erwarten ist.

Eine hohe Luftdurchlässigkeit mit einer Sichtweite von 20-50 km oder mehr ist ein Zeichen für das Vorhandensein einer arktischen Luftmasse in der Umgebung

Die klare Sichtbarkeit des Mondes mit einer scheinbar vorgewölbten Scheibe weist auf eine hohe Luftfeuchtigkeit in der Troposphäre hin und ist ein Zeichen für schlechteres Wetter.

Ein gut sichtbares aschfahles Mondlicht deutet auf schlechtes Wetter hin. Aschenlicht ist ein Phänomen, wenn in den ersten Tagen nach Neumond neben der schmalen hellen Sichel des Mondes seine gesamte volle Scheibe sichtbar ist, schwach beleuchtet durch von der Erde reflektiertes Licht.

Dämmerung

Dawn ist die Farbe des Himmels bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang.

Die Farbvielfalt der Morgendämmerung wird durch unterschiedliche Bedingungen der Atmosphäre verursacht. Die farbigen Streifen der Morgendämmerung, vom Horizont gezählt, werden immer in der Reihenfolge der Spektralfarben Rot, Orange, Gelb, Blau beobachtet.
Einzelne Farben können vollständig fehlen, aber die Verteilungsreihenfolge ändert sich nie.Der Horizont unter Rot kann manchmal ein graues schmutziges Purpur haben, das lila erscheint. Der obere Teil der Dämmerung ist entweder weißlich oder blau.

Die Hauptfaktoren, die das Erscheinen der Morgendämmerung beeinflussen, sind die Produkte der Wasserdampfkondensation und des in der Atmosphäre enthaltenen Staubs:

Je mehr Feuchtigkeit in der Luft ist, desto ausgeprägter ist die rote Farbe der Morgendämmerung. Ein Anstieg der Luftfeuchtigkeit wird normalerweise vor dem Herannahen eines Zyklons beobachtet, einer Front, die Unwetter mit sich bringt. Daher ist bei leuchtend roten und orangefarbenen Morgendämmerungen mit nassem Wetter und starken Winden zu rechnen. Das Vorherrschen gelber (goldener) Töne der Morgendämmerung weist auf eine geringe Menge Feuchtigkeit und eine große Menge Staub in der Luft hin, was auf das bevorstehende trockene und windige Wetter hinweist.

Helle und purpurrote Morgendämmerungen, ähnlich dem Schein eines fernen Feuers mit wolkigen Farbtönen, weisen auf eine hohe Luftfeuchtigkeit hin und sind ein Zeichen für eine Verschlechterung des Wetters - die Annäherung eines Zyklons, einer Front in den nächsten 6-12 Stunden.

Das Vorherrschen von leuchtendem Gelb sowie Gold- und Rosatönen der Abenddämmerung weist auf eine geringe Luftfeuchtigkeit hin; trockenes, oft windiges Wetter ist zu erwarten.

Ein hellroter (rosa) Himmel am Abend zeigt leicht windiges Wetter ohne Niederschlag an.

Ein rötlicher Abend und ein grauer Morgen deuten auf einen klaren Tag und einen Abend mit leichten Winden hin.

Je zarter die rote Farbe der Wolken in der Abenddämmerung ist, desto günstiger wird das kommende Wetter.

Eine gelblich-braune Morgenröte im Winter bei Frost weist auf ihre Persistenz und mögliche Intensivierung hin.

Eine bewölkte gelblich-rosa Abenddämmerung ist ein Zeichen für eine wahrscheinliche Verschlechterung des Wetters.

Wenn die Sonne, die sich dem Horizont nähert, ihre übliche weißlich-gelbe Farbe kaum ändert und sehr hell untergeht, was mit einer hohen Transparenz der Atmosphäre, einem geringen Feuchtigkeits- und Staubgehalt verbunden ist, dann wird gutes Wetter anhalten.

Wenn die Sonne vor dem Untergang am Horizont oder bei Sonnenaufgang in dem Moment, in dem ihr Rand erscheint, einen hellgrünen Strahl abgibt, müssen wir mit der Erhaltung eines stabilen, klaren und ruhigen Wetters rechnen; Wenn Sie gleichzeitig einen blauen Strahl bemerken, können Sie damit rechnen. Besonders ruhiges und klares Wetter. Die Dauer des Blitzes des grünen Strahls beträgt nicht mehr als 1-3 Sekunden.

Das Vorherrschen von Grüntönen während der Abenddämmerung weist auf ein langes, trockenes, klares Wetter hin.

Ein heller silbriger Streifen ohne scharfe Grenzen, der nach Sonnenuntergang lange am Horizont in einem wolkenlosen Himmel sichtbar ist, deutet auf ein langes ruhiges antizyklonales Wetter hin.

Das sanfte rosa Leuchten bewegungsloser Cirruswolken während des Untergangs des Salzes in Abwesenheit anderer Wolken ist ein zuverlässiges Zeichen für etabliertes antizyklonales Wetter.

Das Vorherrschen einer hellroten Farbe in der Abenddämmerung, die noch lange anhält, während die Sonne weiter unter den Horizont sinkt, ist ein Zeichen für das Herannahen einer Warmfront oder einer Okklusionsfront vom warmen Typ; es ist mit anhaltender Unruhe zu rechnen windiges Wetter.

Eine zartrosa Morgendämmerung in Form eines Kreises über der hinter dem Horizont untergegangenen Sonne ist gutes stabiles Wetter. Verfärbt sich der Kreis rosa-rot, sind Niederschlag und verstärkter Wind möglich.

Die Farbe der Morgendämmerung hängt eng mit der Beschaffenheit der Luftmasse zusammen. Die für die gemäßigten Breiten des europäischen Teils der GUS erstellte Tabelle zeigt die Beziehung zwischen den Farben der Morgendämmerung und den Luftmassen nach N. I. Kucherov:

Sonnenuntergang

Da sich Zyklone hauptsächlich von den westlichen Punkten aus bewegen, ist das Erscheinen von Wolken in der westlichen Hälfte des Himmels normalerweise ein Zeichen für die Annäherung eines Zyklons, und wenn dies am Abend geschieht, dann geht die Sonne in den Wolken unter. Gleichzeitig muss jedoch die Abfolge von Wolkenformen berücksichtigt werden, die mit Wirbelstürmen, atmosphärischen Fronten, verbunden sind.

Wenn die Sonne hinter einer niedrigen, soliden Wolke untergeht, die sich scharf vom Hintergrund eines grünlichen oder gelblichen Himmels abhebt, ist dies ein Zeichen für bevorstehendes gutes (trockenes, ruhiges und klares) Wetter.

Wenn die Sonne mit anhaltender geringer Bewölkung untergeht und am Horizont und über der Bewölkung Schichten von Cirrus- oder Cirrostratus-Wolken beobachtet werden, fallen Niederschläge, und in den nächsten 6-12 Stunden tritt windiges Zyklonwetter auf.

Der Sonnenuntergang hinter dunklen, dichten Wolken mit einer roten Farbe an den Rändern kündigt Zyklonwetter an.

Wenn nach Sonnenuntergang im Osten ein sich allmählich nach oben ausbreitender dunkler Kegel mit einem breiten unscharfen orangefarbenen Rand deutlich sichtbar ist - der Schatten der Erde -, dann nähert sich ein Zyklon von der Sonnenuntergangsseite.

Der Erdschatten im Osten nach Sonnenuntergang ist graugrau, ohne farbigen Rand oder mit einer blassrosa Farbe - ein Zeichen für das Fortbestehen des antizyklonalen Wetters.

Dies ist die Bezeichnung für einen Strahl einzelner Lichtstrahlen oder -bänder, die hinter den Wolken hervorkommen, die die Sonne bedecken. Die Sonnenstrahlen treten durch die Lücken zwischen den Wolken, beleuchten die in der Luft schwebenden Wassertröpfchen und ergeben ein Bündel von Lichtbändern in Form von Bändern (Buddha-Strahlen).

Da diese Ausstrahlung aufgrund des Vorhandenseins einer großen Anzahl kleiner Wassertröpfchen in der Luft beobachtet wird, deutet dies auf regnerisches, windiges Zyklonwetter hin.

Das Leuchten hinter einer dunklen Wolke, hinter der sich die Sonne befindet, ist ein Zeichen für das Einsetzen von windigem Wetter mit Regen in den nächsten 3-6 Stunden.

Das Leuchten aufgrund gelber Wolken, das unmittelbar nach dem letzten Regen beobachtet wird, weist auf die bevorstehende Wiederaufnahme von Regen und stärkerem Wind hin.

Die rote Farbe von Sonne, Mond und anderen Himmelskörpern weist auf eine hohe Luftfeuchtigkeit hin, d.h. Einrichtung in den nächsten 6-10 Stunden Zyklonwetter mit starkem Wind und Niederschlag.

Die rötliche Farbe der verdunkelten Sonnenscheibe ist zusammen mit der bläulichen Farbe entfernter Objekte (Berge usw.) ein Zeichen für die Ausbreitung staubiger tropischer Luft, und es ist bald mit einem deutlichen Anstieg der Lufttemperatur zu rechnen.

Wenn Sie das Himmelsgewölbe von einem offenen Ort aus (z. B. im Meer) betrachten, können Sie sehen, dass es die Form einer Halbkugel hat, aber in vertikaler Richtung abgeflacht ist. Es scheint oft, dass der Abstand des Beobachters zum Horizont drei- bis viermal größer ist als zum Zenit.

Dies wird wie folgt erklärt. Beim Blick nach oben, ohne den Kopf nach hinten zu neigen, erscheinen uns Gegenstände verkürzt im Vergleich zu denen, die in der Waagerechten liegen.

Beispielsweise erscheinen umgestürzte Masten oder Bäume länger als senkrechte. In horizontaler Richtung wirkt die atmosphärische Perspektive, durch die in Dunst gehüllte Objekte (von Staub und aufsteigenden Strömungen) weniger beleuchtet und daher weiter entfernt erscheinen.

Die scheinbare Abflachung des Firmaments variiert je nach Wetterlage. Große Transparenz der Atmosphäre und hohe Luftfeuchtigkeit verstärken die Abflachung des Himmels.

Ein abgeflachtes, niedriges Himmelsgewölbe ist vor Zyklonwetter zu sehen.

In den zentralen Regionen der Antizyklone wird ein hohes Himmelsgewölbe beobachtet; Es ist zu erwarten, dass gutes antizyklonales Wetter 12 Stunden oder länger anhält.

Die Atmosphäre unseres Planeten ist ein ziemlich interessantes optisches System, dessen Brechungsindex aufgrund einer Abnahme der Luftdichte mit der Höhe abnimmt. Somit kann die Erdatmosphäre als eine "Linse" von gigantischen Ausmaßen betrachtet werden, die die Form der Erde wiederholt und einen sich monoton ändernden Brechungsindex aufweist.

Aus diesem Umstand ergibt sich ein Ganzes eine Reihe optischer Phänomene in der Atmosphäre aufgrund von Brechung (Brechung) und Reflexion (Reflexion) von Strahlen darin.

Betrachten wir einige der wichtigsten optischen Phänomene in der Atmosphäre.

atmosphärische Brechung

atmosphärische Brechung- Phänomen Krümmung Lichtstrahlen, wenn Licht die Atmosphäre durchdringt.

Mit der Höhe nimmt die Luftdichte (und damit der Brechungsindex) ab. Stellen Sie sich vor, die Atmosphäre besteht aus optisch homogenen horizontalen Schichten, deren Brechungsindex von Schicht zu Schicht variiert (Abb. 299).

Reis. 299. Änderung des Brechungsindex in der Erdatmosphäre

Wenn sich ein Lichtstrahl in einem solchen System ausbreitet, „drückt“ er gemäß dem Brechungsgesetz gegen die Senkrechte zur Schichtgrenze. Die Dichte der Atmosphäre nimmt aber nicht sprunghaft, sondern kontinuierlich ab, was zu einer sanften Krümmung und Drehung des Strahls um einen Winkel α beim Durchgang durch die Atmosphäre führt.

Aufgrund der atmosphärischen Brechung sehen wir Mond, Sonne und andere Sterne etwas höher, als sie tatsächlich sind.

Aus dem gleichen Grund nimmt die Tagesdauer zu (in unseren Breiten um 10-12 Minuten), die Scheiben des Mondes und der Sonne in Horizontnähe werden komprimiert. Interessanterweise beträgt der maximale Brechungswinkel 35 Zoll (für Objekte in Horizontnähe), was die scheinbare Winkelgröße der Sonne (32 Zoll) übersteigt.

Daraus folgt: In dem Moment, in dem wir sehen, dass der untere Rand des Sterns die Horizontlinie berührt, befindet sich die Sonnenscheibe tatsächlich bereits unter dem Horizont (Abb. 300).

Reis. 300. Atmosphärische Strahlenbrechung bei Sonnenuntergang

funkelnde Sterne

funkelnde Sterne auch mit der astronomischen Lichtbrechung verbunden. Es ist seit langem bekannt, dass das Funkeln bei Sternen in Horizontnähe am deutlichsten ist. Luftströmungen in der Atmosphäre verändern im Laufe der Zeit die Dichte der Luft, was zu einem scheinbaren Funkeln des Himmelskörpers führt. Astronauten im Orbit beobachten kein Flimmern.

Luftspiegelungen

In heißen Wüsten- oder Steppenregionen und in den Polarregionen führt eine starke Erwärmung oder Abkühlung der Luft nahe der Erdoberfläche zum Auftreten Luftspiegelungen: Durch die Krümmung der Strahlen werden Objekte, die sich eigentlich weit hinter dem Horizont befinden, sichtbar und scheinen nah zu sein.

Manchmal wird dieses Phänomen genannt terrestrische Brechung. Das Auftreten von Luftspiegelungen wird durch die Abhängigkeit des Brechungsindex der Luft von der Temperatur erklärt. Es gibt untere und obere Luftspiegelungen.

minderwertige Luftspiegelungen ist an einem heißen Sommertag auf einer gut geheizten Asphaltstraße zu sehen: Es scheint uns, als ob vor uns Pfützen liegen, die es in Wirklichkeit nicht sind. Unter „Pfützen“ verstehen wir in diesem Fall die spiegelnde Reflexion von Strahlen ungleichmäßig erwärmter Luftschichten, die sich in unmittelbarer Nähe des „heißen“ Asphalts befinden.

überlegene Luftspiegelungen unterscheiden sich in beträchtlicher Vielfalt: In einigen Fällen geben sie ein direktes Bild (Abb. 301, a), in anderen sind sie invertiert (Abb. 301, b), sie können doppelt und sogar dreifach sein. Diese Merkmale sind mit unterschiedlichen Abhängigkeiten der Lufttemperatur und des Brechungsindex von der Höhe verbunden.

Reis. 301. Bildung von Luftspiegelungen: a - direkte Luftspiegelung; b - Spiegelbild

Regenbogen

Atmosphärischer Niederschlag führt zum Auftreten spektakulärer optischer Phänomene in der Atmosphäre. Während des Regens ist Bildung also ein erstaunlicher und unvergesslicher Anblick. Regenbögen, was durch das Phänomen der unterschiedlichen Brechung (Streuung) und Reflexion des Sonnenlichts an den kleinsten Tröpfchen in der Atmosphäre erklärt wird (Abb. 302).

Reis. 302. Bildung eines Regenbogens

In besonders gelungenen Fällen können wir mehrere Regenbögen auf einmal sehen, wobei die Reihenfolge der Farben zueinander umgekehrt ist.

Der an der Bildung eines Regenbogens beteiligte Lichtstrahl erfährt in jedem Regentropfen zwei Brechungen und Mehrfachreflexionen. In diesem Fall können wir, um den Mechanismus der Regenbogenbildung etwas zu vereinfachen, sagen, dass kugelförmige Regentropfen in Newtons Experiment zur Zerlegung von Licht in ein Spektrum die Rolle eines Prismas spielen.

Aufgrund der räumlichen Symmetrie ist der Regenbogen in Form eines Halbkreises mit einem Öffnungswinkel von etwa 42 ° sichtbar, während der Betrachter (Abb. 303) mit dem Rücken zur Sonne zwischen Sonne und Regentropfen stehen muss.

Die Vielfalt der Farben in der Atmosphäre wird durch Muster erklärt Lichtstreuung auf Partikel unterschiedlicher Größe. Da Blau stärker gestreut wird als Rot, sehen wir tagsüber, wenn die Sonne hoch über dem Horizont steht, den Himmel blau. Aus dem gleichen Grund wird die Sonne in Horizontnähe (bei Sonnenuntergang oder Sonnenaufgang) rot und nicht so hell wie im Zenit. Das Erscheinen farbiger Wolken ist auch mit der Streuung von Licht durch Partikel unterschiedlicher Größe in der Wolke verbunden.

Literatur

Zhilko, V.V. Physik: Lehrbuch. Zuschuss für die 11. Klasse. Allgemeinbildung Institutionen mit Russisch. lang. Ausbildung mit 12-jähriger Studiendauer (Grund- und Aufbaustudium) / V.V. Zhilko, L.G. Markowitsch. - Minsk: Nar. Asveta, 2008. - S. 334-337.

Die Vielfalt der optischen Phänomene in der Atmosphäre hat verschiedene Gründe. Zu den häufigsten Phänomenen gehören Blitze und sehr malerische nördliche und südliche Polarlichter. Darüber hinaus sind Regenbogen, Halo, Parhelion (falsche Sonne) und Bögen, Krone, Halos und Brockengeister, Luftspiegelungen, Elmofeuer, leuchtende Wolken, Grün- und Dämmerungsstrahlen von besonderem Interesse. Regenbogen ist das schönste atmosphärische Phänomen. Normalerweise ist dies ein riesiger Bogen, der aus mehrfarbigen Streifen besteht und beobachtet wird, wenn die Sonne nur einen Teil des Himmels beleuchtet und die Luft beispielsweise bei Regen mit Wassertropfen gesättigt ist. Die mehrfarbigen Bögen sind in einer Spektralfolge angeordnet (Rot, Orange, Gelb, Grün, Cyan, Indigo, Violett), aber die Farben sind fast nie rein, weil sich die Bänder überlappen. In der Regel variieren die physikalischen Eigenschaften von Regenbögen erheblich und daher sind sie in ihrem Aussehen sehr unterschiedlich. Ihr gemeinsames Merkmal ist, dass der Mittelpunkt des Bogens immer auf einer geraden Linie liegt, die von der Sonne zum Beobachter gezogen wird. Der Lava-Regenbogen ist ein Bogen in den leuchtendsten Farben – außen rot und innen lila. Manchmal ist nur ein Bogen sichtbar, aber oft erscheint ein zweiter auf der Außenseite des Hauptregenbogens. Es hat nicht so helle Farben wie das erste, und die roten und violetten Streifen wechseln die Plätze: Rot befindet sich auf der Innenseite.

Die Bildung des Hauptregenbogens wird durch Doppelbrechung und einfache innere Reflexion der Sonnenstrahlen erklärt. Beim Eindringen in einen Wassertropfen (A) wird ein Lichtstrahl gebrochen und zerlegt, als würde er durch ein Prisma gehen. Dann erreicht es die gegenüberliegende Oberfläche des Tropfens, wird von ihr reflektiert und verlässt den Tropfen nach außen. Dabei wird der Lichtstrahl, bevor er den Betrachter erreicht, ein zweites Mal gebrochen. Der ursprünglich weiße Strahl wird in verschiedenfarbige Strahlen mit einem Divergenzwinkel von 2° zerlegt. Wenn ein Seitenregenbogen entsteht, kommt es zu Doppelbrechung und Doppelreflexion der Sonnenstrahlen. In diesem Fall wird das Licht gebrochen, dringt durch seinen unteren Teil in das Innere des Tropfens ein und wird von der inneren Oberfläche des Tropfens zuerst am Punkt B und dann am Punkt C reflektiert. Am Punkt D wird das Licht gebrochen und verlässt den auf den Betrachter fallen. Wenn Regen oder Nebel einen Regenbogen bilden, wird die volle optische Wirkung durch die kombinierte Wirkung aller Wassertropfen erzielt, die die Oberfläche des Kegels des Regenbogens mit dem Betrachter an der Spitze überqueren. Die Rolle jedes Tropfens ist flüchtig. Die Oberfläche des Regenbogenkegels besteht aus mehreren Schichten. Jeder Tropfen, der sie schnell überquert und eine Reihe kritischer Punkte passiert, zerlegt den Sonnenstrahl sofort in das gesamte Spektrum in einer genau definierten Reihenfolge - von Rot bis Violett. Viele Tropfen überqueren die Oberfläche des Kegels auf die gleiche Weise, so dass der Regenbogen für den Beobachter sowohl entlang als auch quer zu seinem Bogen als kontinuierlich erscheint. Halo - weiße oder schillernde Lichtbögen und Kreise um die Scheibe der Sonne oder des Mondes. Sie entstehen durch Brechung oder Reflexion von Licht durch Eis- oder Schneekristalle in der Atmosphäre. Die Kristalle, die den Halo bilden, befinden sich auf der Oberfläche eines imaginären Kegels, dessen Achse vom Beobachter (von der Spitze des Kegels) zur Sonne gerichtet ist. Unter bestimmten Bedingungen ist die Atmosphäre mit kleinen Kristallen gesättigt, von denen viele einen rechten Winkel mit der Ebene bilden, die durch die Sonne, den Beobachter und diese Kristalle verläuft. Solche Facetten reflektieren einfallende Lichtstrahlen mit einer Abweichung von 22° und bilden einen Halo, der innen rötlich ist, aber auch aus allen Farben des Spektrums bestehen kann. Weniger verbreitet ist ein Halo mit einem Winkelradius von 46°, der sich konzentrisch um einen 22°-Halo befindet. Seine Innenseite ist ebenfalls rötlich gefärbt. Grund dafür ist auch die Lichtbrechung, die in diesem Fall an den rechten Winkel bildenden Kristallflächen auftritt. Die Breite des Rings eines solchen Halo übersteigt 2,5?. Sowohl 46-Grad- als auch 22-Grad-Halos neigen dazu, am oberen und unteren Rand des Rings am hellsten zu sein. Der seltene 90-Grad-Halo ist ein schwach leuchtender, fast farbloser Ring, der mit den anderen beiden Halos ein gemeinsames Zentrum hat. Wenn es gefärbt ist, hat es eine rote Farbe auf der Außenseite des Rings. Der Entstehungsmechanismus dieser Art von Halo ist noch nicht vollständig aufgeklärt. Parhelia und Bögen. Nebensonnenkreis (oder Kreis falscher Sonnen) - ein weißer Ring, der am Zenitpunkt zentriert ist und parallel zum Horizont durch die Sonne verläuft. Der Grund für seine Entstehung ist die Reflexion des Sonnenlichts an den Rändern der Oberflächen von Eiskristallen. Sind die Kristalle ausreichend gleichmäßig in der Luft verteilt, wird ein Vollkreis sichtbar. Nebensonnen oder falsche Sonnen sind hell leuchtende Punkte, die der Sonne ähneln und an den Schnittpunkten des Nebensonnenkreises mit dem Heiligenschein gebildet werden und Winkelradien von 22?, 46? und 90?. Das am häufigsten gebildete und hellste Nebenschar bildet sich am Schnittpunkt mit einem 22-Grad-Halo, der normalerweise in fast allen Farben des Regenbogens gefärbt ist. Falsche Sonnen an Schnittpunkten mit 46- und 90-Grad-Halos werden viel seltener beobachtet. Nebensonnen, die an Schnittpunkten mit 90-Grad-Halos auftreten, werden als Nebensonnen oder falsche Gegensonnen bezeichnet. Manchmal ist auch ein Antelium (Gegensonne) sichtbar - ein heller Fleck, der sich auf dem Nebensonnenring genau gegenüber der Sonne befindet. Es wird angenommen, dass die Ursache dieses Phänomens die doppelte interne Reflexion des Sonnenlichts ist. Der reflektierte Strahl folgt dem gleichen Weg wie der einfallende Strahl, jedoch in entgegengesetzter Richtung. Der Zirkumzenitalbogen, manchmal fälschlicherweise als oberer Tangentenbogen des 46-Grad-Halo bezeichnet, ist der 90? oder weniger, im Zenit zentriert, etwa 46° über der Sonne. Es ist selten und nur wenige Minuten sichtbar, hat helle Farben und die rote Farbe ist auf die Außenseite des Bogens beschränkt. Der Zirkumzenitalbogen zeichnet sich durch seine Färbung, Helligkeit und klaren Umrisse aus. Ein weiterer merkwürdiger und sehr seltener optischer Effekt vom Halo-Typ ist der Lovitz-Bogen. Sie entstehen als Fortsetzung der Nebenhelia am Schnittpunkt mit dem 22-Grad-Halo, gehen von der Außenseite des Halo aus und sind zur Sonne hin leicht konkav. Säulen aus weißlichem Licht sowie verschiedene Kreuze sind manchmal in der Morgen- oder Abenddämmerung zu sehen, insbesondere in den Polarregionen, und können sowohl die Sonne als auch den Mond begleiten. Manchmal werden Mondhalos und andere Effekte ähnlich den oben beschriebenen beobachtet, wobei der häufigste Mondhalo (Ring um den Mond) einen Winkelradius von 22° hat. Wie falsche Sonnen können auch falsche Monde entstehen. Kronen oder Kronen sind kleine konzentrische farbige Ringe um die Sonne, den Mond oder andere helle Objekte, die von Zeit zu Zeit beobachtet werden, wenn sich die Lichtquelle hinter durchscheinenden Wolken befindet. Der Koronaradius ist kleiner als der Haloradius und beträgt ca. 1-5?, der blaue oder violette Ring ist der Sonne am nächsten. Eine Korona entsteht, wenn Licht von kleinen Wassertröpfchen gestreut wird, die eine Wolke bilden. Manchmal sieht die Krone wie ein leuchtender Fleck (oder Heiligenschein) aus, der die Sonne (oder den Mond) umgibt, der mit einem rötlichen Ring endet. In anderen Fällen sind mindestens zwei konzentrische Ringe mit größerem Durchmesser, sehr schwach gefärbt, außerhalb des Halo sichtbar. Dieses Phänomen wird von schillernden Wolken begleitet. Manchmal sind die Ränder sehr hoher Wolken in leuchtenden Farben gemalt. Gloria (Heiligenschein). Unter besonderen Bedingungen treten ungewöhnliche atmosphärische Phänomene auf. Wenn sich die Sonne hinter dem Beobachter befindet und ihr Schatten auf nahegelegene Wolken oder einen Nebelvorhang projiziert wird, können Sie unter einem bestimmten Zustand der Atmosphäre um den Schatten des Kopfes einer Person einen farbigen leuchtenden Kreis sehen - einen Heiligenschein. Normalerweise entsteht ein solcher Halo durch die Reflexion von Licht durch Tautropfen auf einem grasbewachsenen Rasen. Glorias sind auch recht häufig um den Schatten herum zu finden, den das Flugzeug auf die darunter liegenden Wolken wirft. Gespenster vom Brocken. Wenn in einigen Regionen der Erde der Schatten eines Betrachters auf einem Hügel bei Sonnenauf- oder -untergang auf nahe Wolken hinter ihm fällt, zeigt sich ein verblüffender Effekt: Der Schatten nimmt kolossale Ausmaße an. Dies liegt an der Reflexion und Brechung des Lichts durch kleinste Wassertröpfchen im Nebel. Das beschriebene Phänomen wird nach dem Gipfel im Harz in Deutschland als „Gespenst vom Brocken“ bezeichnet. Luftspiegelungen sind ein optischer Effekt, der durch Lichtbrechung beim Durchgang durch Luftschichten unterschiedlicher Dichte entsteht und sich in der Erscheinung eines virtuellen Bildes ausdrückt. In diesem Fall können entfernte Objekte relativ zu ihrer tatsächlichen Position angehoben oder abgesenkt werden, können auch verzerrt sein und unregelmäßige, fantastische Formen annehmen. Luftspiegelungen werden oft in heißen Klimazonen beobachtet, beispielsweise über sandigen Ebenen. Minderwertige Luftspiegelungen sind üblich, wenn die entfernte, fast flache Wüstenoberfläche das Aussehen von offenem Wasser annimmt, insbesondere wenn sie von einer leichten Erhöhung oder einfach über einer Schicht erhitzter Luft betrachtet wird. Eine ähnliche Illusion tritt normalerweise auf einer beheizten asphaltierten Straße auf, die weit voraus wie eine Wasseroberfläche aussieht. In Wirklichkeit ist diese Oberfläche ein Spiegelbild des Himmels. Unterhalb der Augenhöhe können in diesem "Wasser" Gegenstände erscheinen, die normalerweise auf dem Kopf stehen. Über der erhitzten Landoberfläche bildet sich ein „Luftblasenkuchen“, und die der Erde am nächsten liegende Schicht ist am stärksten erhitzt und so verdünnt, dass durch sie hindurchtretende Lichtwellen verzerrt werden, da ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit je nach Dichte des Mediums variiert. Überlegene Luftspiegelungen sind weniger verbreitet und landschaftlich reizvoller als minderwertige Luftspiegelungen. Entfernte Objekte (häufig unterhalb des Meereshorizonts) erscheinen verkehrt herum am Himmel, und manchmal erscheint auch ein direktes Bild desselben Objekts darüber. Dieses Phänomen ist typisch für kalte Regionen, insbesondere wenn es zu einer starken Temperaturinversion kommt, wenn sich eine wärmere Luftschicht über der kälteren Schicht befindet. Dieser optische Effekt manifestiert sich als Ergebnis komplexer Ausbreitungsmuster der Front von Lichtwellen in Luftschichten mit ungleichmäßiger Dichte. Vor allem in den Polarregionen treten von Zeit zu Zeit sehr ungewöhnliche Luftspiegelungen auf. Wenn Luftspiegelungen an Land auftreten, stehen Bäume und andere Landschaftsbestandteile auf dem Kopf. In allen Fällen sind Objekte in den oberen Luftspiegelungen deutlicher sichtbar als in den unteren. Wenn die Grenze zweier Luftmassen eine vertikale Ebene ist, werden manchmal seitliche Luftspiegelungen beobachtet. Das Feuer von St. Elmo. Einige optische Phänomene in der Atmosphäre (z. B. Glühen und das häufigste meteorologische Phänomen – Blitze) sind elektrischer Natur. Viel seltener sind die Feuer von St. Elmo - leuchtende blassblaue oder violette Bürsten von 30 cm bis 1 m oder mehr Länge, normalerweise auf den Mastspitzen oder den Enden der Werften von Schiffen auf See. Manchmal scheint es, dass die gesamte Takelage des Schiffes mit Phosphor bedeckt ist und leuchtet. Elmos Feuer erscheinen manchmal auf Berggipfeln sowie auf Türmen und scharfen Ecken von hohen Gebäuden. Dieses Phänomen sind elektrische Bürstenentladungen an den Enden elektrischer Leiter, wenn die elektrische Feldstärke in der Atmosphäre um sie herum stark erhöht ist. Irrlichter sind ein schwaches bläuliches oder grünliches Leuchten, das manchmal in Sümpfen, Friedhöfen und Krypten zu sehen ist. Sie erscheinen oft als ruhig brennende, nicht erhitzende Kerzenflamme, die etwa 30 cm über dem Boden angehoben wird und für einen Moment über dem Objekt schwebt. Das Licht scheint völlig schwer fassbar zu sein, und wenn sich der Betrachter nähert, scheint es sich an einen anderen Ort zu bewegen. Ursache für dieses Phänomen ist die Zersetzung organischer Reststoffe und die Selbstentzündung von Sumpfgas Methan (CH 4) oder Phosphin (PH 3). Wanderlichter haben eine andere Form, manchmal sogar kugelförmig. Grüner Strahl - ein Blitz aus smaragdgrünem Sonnenlicht in dem Moment, in dem der letzte Sonnenstrahl unter dem Horizont verschwindet. Der rote Anteil des Sonnenlichts verschwindet zuerst, alle anderen folgen der Reihe nach und das Smaragdgrün bleibt zuletzt. Dieses Phänomen tritt nur auf, wenn nur der äußerste Rand der Sonnenscheibe über dem Horizont bleibt, sonst gibt es eine Farbmischung. Dämmerungsstrahlen sind divergierende Sonnenstrahlen, die sichtbar werden, wenn sie Staub in der hohen Atmosphäre beleuchten. Schatten aus den Wolken bilden dunkle Bänder, und Strahlen breiten sich zwischen ihnen aus. Dieser Effekt tritt auf, wenn die Sonne vor Sonnenaufgang oder nach Sonnenuntergang tief am Horizont steht.