1. Optiset ilmiöt ilmakehässä olivat ensimmäiset ihmisen havaitsemat optiset efektit. Näiden ilmiöiden luonteen ja ihmisen näön luonteen ymmärtämisen myötä valoongelman muodostuminen alkoi.
Optisten ilmiöiden kokonaismäärä ilmakehässä on erittäin suuri. Tässä otetaan huomioon vain tunnetuimmat ilmiöt - mirages, sateenkaaret, halot, kruunut, tuikkivat tähdet, sininen taivas ja tulipunainen aamunkoitto. Näiden vaikutusten muodostuminen liittyy sellaisiin valon ominaisuuksiin kuin taittuminen median rajapinnoilla, häiriö ja diffraktio.
2. ilmakehän taittuminen – on valonsäteiden kaarevuus, kun ne kulkevat planeetan ilmakehän läpi. Säteiden lähteistä riippuen niitä on tähtitieteelliset ja maanpäälliset taittuminen. Ensimmäisessä tapauksessa säteet tulevat taivaankappaleista (tähdet, planeetat), toisessa tapauksessa maanpäällisistä esineistä. Ilmakehän taittumisen seurauksena havainnoija näkee kohteen muualla kuin siinä, missä se on, tai ei siinä muodossa kuin sillä on.
3. Tähtitieteellinen taittuminen tunnettiin jo Ptolemaioksen aikana (2. vuosisadalla jKr.). Vuonna 1604 I. Kepler ehdotti, että maan ilmakehällä on korkeudesta riippumaton tiheys ja tietty paksuus h(Kuvio 199). Säde 1 tulee tähdestä S suoraan katsojalle A suorassa linjassa, ei putoa hänen silmään. Tyhjiön ja ilmakehän rajalla taittuneena se osuu asiaan AT.
Säde 2 osuu tarkkailijan silmään, joka ilman taittumista ilmakehässä joutuisi ohittamaan. Taittumisen (taittumisen) seurauksena tarkkailija näkee tähden suunnan ulkopuolella S, mutta säteen jatkuessa taittunut ilmakehässä, eli suuntaan S 1 .
Kulma γ , joka poikkeaa zeniittiin Z tähden näkyvä sijainti S 1 verrattuna todelliseen sijaintiin S, nimeltään taitekulma. Keplerin aikaan taitekulmat tiedettiin jo joidenkin tähtien tähtitieteellisten havaintojen perusteella. Siksi Kepler käytti tätä kaaviota ilmakehän paksuuden arvioimiseen h. Hänen laskelmiensa mukaan h» 4 km. Jos laskemme ilmakehän massan mukaan, tämä on noin puolet todellisesta arvosta.
Itse asiassa Maan ilmakehän tiheys pienenee korkeuden kasvaessa. Siksi alemmat ilmakerrokset ovat optisesti tiheämpiä kuin ylemmät. Maahan vinosti kulkevat valonsäteet eivät taitu yhdestä tyhjiön ja ilmakehän rajan pisteestä, kuten Keplerin kaaviossa, vaan ne taipuvat vähitellen koko polun varrella. Tämä on samanlaista kuin kuinka valonsäde kulkee läpinäkyvien levypinon läpi, jonka taitekerroin on sitä suurempi, mitä alempana levy sijaitsee. Kuitenkin taittumisen kokonaisvaikutus ilmenee samalla tavalla kuin Kepler-kaaviossa. Huomioimme kaksi tähtitieteellisestä taittumisesta johtuvaa ilmiötä.
a. Taivaankappaleiden näennäiset paikat ovat siirtymässä kohti zeniittiä taitekulmaan γ
. Mitä alempana tähti on horisontissa, sitä näkyvämmin sen näennäinen sijainti taivaalla nousee todelliseen paikkaan verrattuna (kuva 200). Siksi tähtitaivaan kuva maasta katsottuna on hieman vääntynyt keskustaa kohti. Vain piste ei liiku S sijaitsee zeniitissä. Ilmakehän taittumisesta johtuen tähtiä, jotka ovat hieman geometrisen horisonttiviivan alapuolella, voidaan havaita.
Taitekulman arvot γ pienenee nopeasti kulman kasvaessa. β valaisimen korkeus horisontin yläpuolella. klo β = 0 γ = 35" . Tämä on suurin taitekulma. klo β = 5º γ = 10" , klo β = 15º γ = 3" , klo β = 30º γ = 1" . Valaisimille, joiden korkeus β > 30º, taitemuutos γ < 1" .
b. Aurinko valaisee yli puolet maan pinnasta.. Säteet 1 - 1, joiden ilmakehän puuttuessa olisi pitänyt koskettaa maata diametraalisen leikkauksen kohdissa DD, ilmakehän ansiosta he koskettavat sitä hieman aikaisemmin (kuva 201).
Maan pintaa koskettavat säteet 2 - 2, jotka kulkisivat ohi ilman ilmakehää. Tämän seurauksena terminaattorilinja BB, erottaa valon varjosta, siirtyy yöpallon alueelle. Siksi päivän pinta-ala Maan päällä on suurempi kuin yön pinta-ala.
4. Maan taittuminen. Jos tähtitieteellisen taittumisen ilmiöt johtuvat ilmakehän globaali taittovaikutus, silloin maan taittumisen ilmiöt johtuvat paikalliset ilmakehän muutokset liittyy yleensä lämpötilapoikkeamiin. Merkittävimmät maan taittumisen ilmentymät ovat mirageja.
a. ylivoimainen mirage(alkaen fr. kangastus). Sitä havaitaan yleensä arktisilla alueilla, joilla on kirkas ilma ja alhainen pintalämpötila. Pinnan voimakas jäähtyminen täällä ei johdu pelkästään auringon matalasta sijainnista horisontin yläpuolella, vaan myös siitä, että lumen tai jään peittämä pinta heijastaa suurimman osan säteilystä avaruuteen. Tämän seurauksena pintakerroksessa, kun se lähestyy maan pintaa, lämpötila laskee erittäin nopeasti ja ilman optinen tiheys kasvaa.
Säteiden kaarevuus kohti Maata on toisinaan niin merkittävää, että havaitaan kohteita, jotka ovat kaukana geometrisen horisontin linjasta. Kuvan 202 säde 2, joka tavallisessa ilmakehässä olisi mennyt ylempiin kerroksiinsa, on tässä tapauksessa taivutettu Maata kohti ja menee katsojan silmään.
Ilmeisesti juuri tällainen mirage on legendaarinen "Lentävät hollantilaiset" - laivojen haamut, jotka ovat itse asiassa satojen tai jopa tuhansien kilometrien päässä. Yllättävää ylivertaisissa mirageissa on, että ruumiiden näennäinen koko ei ole havaittavissa.
Esimerkiksi vuonna 1898 Bremen-laivan "Matador" miehistö havaitsi haamualuksen, jonka näennäiset mitat vastasivat 3-5 mailin etäisyyttä. Itse asiassa, kuten myöhemmin kävi ilmi, tämä alus oli tuolloin noin tuhannen mailin etäisyydellä. (1 merimaili on 1852 metriä). Pintailma ei ainoastaan taivuta valonsäteitä, vaan myös fokusoi ne monimutkaisena optisena järjestelmänä.
Normaaleissa olosuhteissa ilman lämpötila laskee korkeuden kasvaessa. Lämpötilan käänteistä kulkua, kun lämpötila nousee korkeuden kasvaessa, kutsutaan lämpötilan inversio. Lämpötilan inversioita voi tapahtua paitsi arktisilla alueilla, myös muilla, alemmilla leveysasteilla. Siksi ylivoimaisia miraaseja voi tapahtua kaikkialla, missä ilma on riittävän puhdasta ja missä tapahtuu lämpötilan inversioita. Esimerkiksi Välimeren rannikolla havaitaan joskus kaukonäön miraaseja. Lämpötilan inversio syntyy täällä Saharan kuumasta ilmasta.
b. huonompi mirage tapahtuu käänteisen lämpötilan aikana, ja sitä havaitaan yleensä aavikoissa kuumalla säällä. Keskipäivään mennessä, kun aurinko on korkealla, aavikon hiekkainen maaperä, joka koostuu kiinteiden mineraalihiukkasista, lämpenee 50 asteeseen tai enemmän. Samaan aikaan useiden kymmenien metrien korkeudella ilma pysyy suhteellisen kylmänä. Siksi yllä olevien ilmakerrosten taitekerroin on huomattavasti suurempi verrattuna maan lähellä olevaan ilmaan. Tämä johtaa myös säteiden kaareutumiseen, mutta vastakkaiseen suuntaan (kuva 203).
Matalalla horisontin yläpuolella olevilta taivaan osilta tulevat valonsäteet, jotka ovat tarkkailijaa vastapäätä, taipuvat jatkuvasti ylöspäin ja menevät tarkkailijan silmään alhaalta ylöspäin. Seurauksena on, että niiden jatkuessa maan pinnalla tarkkailija näkee taivaan heijastuksen, joka muistuttaa veden pintaa. Tämä on niin kutsuttu "järvi"-mirage.
Vaikutus tehostuu entisestään, kun havaintosuunnassa on kiviä, kukkuloita, puita, rakennuksia. Tässä tapauksessa ne näkyvät saarina keskellä suurta järveä. Lisäksi ei vain esine ole näkyvissä, vaan myös sen heijastus. Säteiden kaarevuuden luonteen vuoksi maaperäinen ilmakerros toimii vedenpinnan peilinä.
5. Sateenkaari. Se on värikäs sateen aikana havaittu optinen ilmiö, jota aurinko valaisee ja edustaa samankeskisten värillisten kaarien järjestelmää.
Descartes kehitti ensimmäisen teorian sateenkaaresta vuonna 1637. Siihen mennessä tiedettiin seuraavat sateenkaareen liittyvät kokeelliset tosiasiat:
a. Sateenkaaren O keskipiste on suoralla linjalla, joka yhdistää Auringon tarkkailijan silmään.(kuva 204).
b. Symmetriaviivan ympärillä Eye - Aurinko on värillinen kaari, jonka kulmasäde on noin 42° . Värit on järjestetty keskeltä laskettuna järjestyksessä: sininen (d), vihreä (h), punainen (k)(riviryhmä 1). se pääsateenkaari. Pääsateenkaaren sisällä on haaleita monivärisiä kaaria, joissa on punertavia ja vihertäviä sävyjä.
sisään. Toinen kaarijärjestelmä, jonka kulmasäde on noin 51° kutsutaan toissijaiseksi sateenkaareksi. Sen värit ovat paljon vaaleampia ja kulkevat päinvastaisessa järjestyksessä, keskustasta laskettuna, punainen, vihreä, sininen (joukko viivoja 2) .
G. Pääsateenkaari ilmestyy vain, kun aurinko on horisontin yläpuolella enintään 42 ° kulmassa.
Kuten Descartes totesi, pääasiallinen syy primaarisen ja toissijaisen sateenkaaren muodostumiseen on valonsäteiden taittuminen ja heijastuminen sadepisaroissa. Harkitse hänen teoriansa päämääräyksiä.
6. Yksivärisen säteen taittuminen ja heijastus pisarassa. Anna yksivärinen säde intensiteetillä minä 0 osuu pallomaiseen säteen pisaraan R etäisyydellä y akselilta halkaisijaleikkauksen tasossa (kuva 205). Putoamispisteessä A osa säteestä heijastuu ja suurin osa intensiteetistä minä 1 kulkee pisaran sisällä. Pisteessä B suurin osa säteestä menee ilmaan (kuvassa 205). AT sädettä ei näy), ja pienempi osa heijastuu ja putoaa johonkin pisteeseen FROM. Astui ulos pisteessä FROM säteen intensiteetti minä 3 on mukana pääjousen ja heikkojen toissijaisten nauhojen muodostumisessa pääjousen sisällä.
Etsitään nurkka θ , jonka alta palkki tulee ulos minä 3 tulevan säteen suhteen minä 0 . Huomaa, että kaikki kulmat säteen ja pisaran sisällä olevan normaalin välillä ovat samat ja yhtä suuret kuin taitekulma β . (Kolmiot OAB ja OVS tasakylkinen). Riippumatta siitä kuinka paljon säde "ympyröi" pisaran sisällä, kaikki tulo- ja heijastuskulmat ovat samat ja yhtä suuret kuin taitekulma β . Tästä syystä mikä tahansa säde, joka tulee esiin pisaroista pisteissä AT, FROM jne., poistuu samassa kulmassa, joka on yhtä suuri kuin tulokulma α .
Kulman löytämiseksi θ säteen taipuma minä 3 alkuperäisestä, on tarpeen summata poikkeamakulmat pisteissä MUTTA, AT ja FROM: q = (α – β) + (π – 2β) + (α - β) = π + 2α – 4β . (25.1)
On kätevämpää mitata terävä kulma φ \u003d π - q \u003d 4β – 2α . (25.2)
Laskettuaan useita satoja säteitä Descartes havaitsi, että kulma φ kasvun kanssa y, eli säteen siirtyessä pois minä 0 pudotusakselilta, kasvaa ensin itseisarvossa, at y/R≈ 0,85 saa maksimiarvon ja alkaa sitten laskea.
Nyt tämä on kulman raja-arvo φ löytyy tarkastelemalla toimintoa φ äärimmilleen klo. Synnistä lähtien α = yçR, ja syntiä β = yçR· n, sitten α = arcsin( yçR), β = arcsin( yçRn). Sitten
, 
. (25.3)
Laajentamalla termit yhtälön eri osiin ja neliöimällä saamme:
, Þ (25.4)
Keltaiselle D-natriumlinjat λ = 589,3 nm veden taitekerroin n= 1,333. Pisteetäisyys MUTTA tämän säteen esiintyminen akselilta y= 0,861R. Tämän säteen rajoittava kulma on
Mielenkiintoista tuo pointti AT säteen ensimmäinen heijastus pisarassa on myös suurin etäisyys pudotusakselista. Tutkiminen äärimmäisestä kulmasta d= s– α – ε = s– α – (s– 2β ) = 2β – α kooltaan klo, meillä on sama ehto klo= 0,861R ja d= 42,08°/2 = 21,04°.
Kuvassa 206 on esitetty kulman riippuvuus φ , jonka alta säde jättää pisaran ensimmäisen heijastuksen jälkeen (kaava 25.2), pisteen kohdalle MUTTA säteen sisääntulo pudotukseen. Kaikki säteet heijastuvat kartion sisään, jonka huippukulma on ≈ 42º.
Sateenkaaren muodostumiselle on erittäin tärkeää, että säteet tulevat pisaraan sylinterimäisessä paksuuskerroksessa uçR 0,81 - 0,90, tulee ulos heijastuksen jälkeen kartion ohuessa seinämässä kulma-alueella 41,48º - 42,08º. Ulkopuolella kartion seinä on sileä (siellä on kulman ääripää φ
), sisältä - löysä. Seinän kulmapaksuus on ≈ 20 kaariminuuttia. Läpäiseville säteille pisara käyttäytyy kuin linssi, jolla on polttoväli f= 1,5R. Säteet tulevat pisaraan ensimmäisen pallonpuoliskon koko pinnan yli, heijastuvat takaisin hajaantuvan säteen kautta kartion tilaan, jonka aksiaalikulma on ≈ 42º, ja kulkevat ikkunan läpi, jonka kulmasäde on ≈ 21º (kuva 207). ).
7. Pisarasta tulevien säteiden intensiteetti. Tässä puhutaan vain säteistä, jotka tulivat esiin pisaralta ensimmäisen heijastuksen jälkeen (kuva 205). Jos säde putoaa kulmassa α , on intensiteetti minä 0, silloin pisaran sisään menneellä sädellä on intensiteetti minä 1 = minä 0 (1 – ρ ), missä ρ on intensiteetin heijastuskerroin.
Polarisoimattomalle valolle heijastuskerroin ρ voidaan laskea Fresnel-kaavalla (17.20). Koska kaava sisältää erotuksen funktioiden neliöt ja kulmien summan α ja β , silloin heijastuskerroin ei riipu siitä, tuleeko säde pisaraan vai pisarasta. Koska kulmat α ja β kohdissa MUTTA, AT, FROM ovat samat, kerroin ρ kaikissa kohdissa MUTTA, AT, FROM sama. Siksi säteiden intensiteetti minä 1 = minä 0 (1 – ρ ), minä 2 = minä 1 ρ = minä 0 ρ (1 – ρ ), minä 3 = minä 2 (1 – ρ ) = minä 0 ρ (1 – ρ ) 2 .
Taulukko 25.1 näyttää kulmien arvot φ , kerroin ρ ja intensiteettisuhteet minä 3 cI 0 laskettu eri etäisyyksille uçR keltaisen natriumviivan säteen sisääntulo λ = 589,3 nm. Kuten taulukosta näkyy, milloin klo≤ 0,8R palkkiin minä 3, alle 4 % pudotukseen osuvan säteen energiasta putoaa. Ja vasta alkaen klo= 0,8R ja enemmän siihen asti klo= R lähtösäteen intensiteetti minä 3 kerrotaan.
| Taulukko 25.1 |
|||||
| y/R | α ,º | β ,º | φ ,º | ρ | minä 3 /minä 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 |
Joten, säteet, jotka tulevat ulos pudotuksesta rajoittavassa kulmassa φ , niillä on paljon suurempi intensiteetti verrattuna muihin säteisiin kahdesta syystä. Ensinnäkin kartion ohuessa seinämässä olevan säteen voimakkaasta kulmapuristumisesta ja toiseksi pisaran pienempien häviöiden vuoksi. Vain näiden säteiden voimakkuus on riittävä herättämään silmässä pisaran loiston tunteen.
8. Pääsateenkaaren muodostuminen. Kun valo osuu pisaran päälle, säde halkeaa dispersion vuoksi. Tämän seurauksena kirkkaan heijastuksen kartion seinä kerrostuu väreillä (kuva 208). violetit säteet ( l= 396,8 nm) ulostulo kulmassa j= 40°36", punainen ( l= 656,3 nm) - kulmassa j= 42°22". Tässä kulmavälissä D φ
\u003d 1 ° 46 "sulkee sisäänsä pisarasta tulevien säteiden koko spektrin. Violetti säteet muodostavat sisäkartion, punaiset ulkokartion. Jos auringon valaisemat sadepisarat näkee havainnoijan, niin ne, joiden kartio on silmään tulevat säteet nähdään kirkkaimpina, minkä seurauksena kaikki pisarat, jotka ovat suhteessa tarkkailijan silmän läpi kulkevaan auringonsäteeseen, punaisen kartion kulmassa, nähdään punaisina, kulmassa vihreä - vihreä (Kuva 209).
9. Toissijainen sateenkaaren muodostuminen johtuu säteistä, jotka tulevat esiin pisaralta toisen heijastuksen jälkeen (kuva 210). Säteiden intensiteetti toisen heijastuksen jälkeen on noin suuruusluokkaa pienempi kuin säteiden intensiteetti ensimmäisen heijastuksen jälkeen, ja sillä on suunnilleen sama reitti muutoksella uçR.
Pisarasta toisen heijastuksen jälkeen lähtevät säteet muodostavat kartion, jonka huippukulma on ≈ 51º. Jos primäärikartiolla on sileä puoli ulkopuolelta, niin sekundaarikartiolla on sileä puoli sisäpuolella. Näiden kartioiden välissä ei käytännössä ole säteitä. Mitä suurempia sadepisaroita, sitä kirkkaampi sateenkaari. Kun pisaroiden koko pienenee, sateenkaari muuttuu vaaleaksi. Kun sade muuttuu tihkusateeksi R≈ 20 - 30 mikronia sateenkaari rappeutuu valkeaksi kaareksi, jonka värit ovat lähes erottamattomat.
10. Halo(kreikasta. halōs- rengas) - optinen ilmiö, joka yleensä on värikkäitä ympyröitä auringon tai kuun kiekon ympärillä kulmasäteellä 22º ja 46º. Nämä ympyrät muodostuvat valon taittumisesta cirruspilvien jääkiteiden vaikutuksesta, jotka ovat muodoltaan kuusikulmaisia säännöllisiä prismoja.
Maahan putoavat lumihiutaleet ovat muodoltaan hyvin erilaisia. Höyryn tiivistymisen seurauksena yläilmakehässä muodostuneet kiteet ovat kuitenkin pääasiassa kuusikulmaisia prismoja. Kaikista mahdollisista vaihtoehdoista säteen kulkemiseksi kuusikulmaisen prisman läpi kolme on tärkeintä (kuva 211).
Tapauksessa (a) säde kulkee prisman vastakkaisten yhdensuuntaisten pintojen läpi halkeilematta tai taipumatta.
Tapauksessa (b) säde kulkee prisman pintojen läpi, jotka muodostavat 60º kulman niiden välille, ja taittuu kuten spektriprismassa. 22º:n pienimmän poikkeaman kulmassa esiin tulevan säteen intensiteetti on suurin. Kolmannessa tapauksessa (c) palkki kulkee prisman sivupinnan ja pohjan läpi. Taitekulma 90º, pienimmän poikkeaman kulma 46º. Kahdessa jälkimmäisessä tapauksessa valkoiset säteet jakautuvat, siniset säteet poikkeavat enemmän, punaiset vähemmän. 
Tapaukset (b) ja (c) aiheuttavat renkaiden ilmaantumista, jotka havaitaan lähetetyissä säteissä ja joiden kulmamitat ovat 22º ja 46º (kuva 212).
Yleensä ulompi rengas (46º) on kirkkaampi kuin sisempi ja molemmissa on punertava sävy. Tämä ei selity pelkästään sinisten säteiden voimakkaalla hajoamisella pilvessä, vaan myös sillä, että sinisten säteiden dispersio prismassa on suurempi kuin punaisten. Siksi siniset säteet jättävät kiteet voimakkaasti hajoavaan säteeseen, minkä seurauksena niiden intensiteetti laskee. Ja punaiset säteet tulevat ulos kapeana säteenä, jolla on paljon suurempi intensiteetti. Suotuisissa olosuhteissa, kun värit on mahdollista erottaa, renkaiden sisäpuoli on punainen, ulkopuoli sininen.
10. kruunuja- kirkkaat sumuiset renkaat tähden kiekon ympärillä. Niiden kulmasäde on paljon pienempi kuin halon säde eikä ylitä 5º. Kruunut syntyvät vesipisaroiden säteiden diffraktiosirontamisesta, jotka muodostavat pilven tai sumun.
Jos pudotussäde R, niin ensimmäinen diffraktiominimi rinnakkaisissa säteissä havaitaan kulmassa j = 0,61∙lçR(katso kaava 15.3). Tässä l on valon aallonpituus. Yksittäisten pisaroiden diffraktiokuviot rinnakkaisissa säteissä ovat samat, minkä seurauksena valorenkaiden intensiteetti paranee.
Kruunujen halkaisijalla voidaan määrittää pilvessä olevien pisaroiden koko. Mitä suurempia pisaroita (enemmän R), sitä pienempi on renkaan kulmakoko. Suurimmat renkaat havaitaan pienimmistä pisaroista. Useiden kilometrien etäisyyksillä diffraktiorenkaat ovat edelleen näkyvissä, kun pisaroiden koko on vähintään 5 µm. Tässä tapauksessa j max = 0,61 lçR≈ 5 ¸ 6°.
Kruunujen valorenkaiden väri on erittäin heikko. Kun se on havaittavissa, renkaiden ulkoreuna on punertava. Toisin sanoen värien jakautuminen kruunuissa on käänteinen värien jakautumiseen halorenkaissa. Kulmamittojen lisäksi tämä mahdollistaa myös kruunujen ja halon erottamisen. Jos ilmakehässä on erikokoisia pisaroita, kruunujen renkaat, jotka ovat päällekkäin, muodostavat yleisen kirkkaan hehkun tähden kiekon ympärille. Tätä hehkua kutsutaan halo.
11. Sininen taivas ja helakanpunainen aamunkoitto. Kun aurinko on horisontin yläpuolella, pilvetön taivas näyttää siniseltä. Tosiasia on, että auringon spektrin säteistä Rayleighin lain mukaisesti minä rass ~ 1 /l 4, lyhyet siniset, syaanit ja violetit säteet ovat hajallaan voimakkaimmin.
Jos Aurinko on matalalla horisontin yläpuolella, sen kiekko nähdään purppuranpunaisena samasta syystä. Lyhyen aallonpituisen valon voimakkaasta sironnasta johtuen pääosin heikosti sironneet punaiset säteet saavuttavat havaitsijan. Säteiden sironta nousevasta tai laskevasta Auringosta on erityisen suurta, koska säteet kulkevat pitkän matkan lähellä maan pintaa, jossa sirottavien hiukkasten pitoisuus on erityisen korkea.
Aamun tai illan aamunkoitto - Aurinkoa lähellä olevan taivaan osan värjäytyminen vaaleanpunaiseksi - selittyy valon diffraktiosirontaisella jääkiteillä yläilmakehässä ja valon geometrisella heijastuksella kiteistä.
12. tuikkivat tähdet- Nämä ovat nopeita muutoksia tähtien kirkkaudessa ja värissä, erityisesti havaittavissa lähellä horisonttia. Tähtien välkkyminen johtuu säteiden taittumisesta nopeasti juoksevissa ilmasuihkuissa, joilla on erilaisen tiheyden vuoksi erilainen taitekerroin. Tämän seurauksena ilmakehän kerros, jonka läpi säde kulkee, käyttäytyy kuin linssi, jolla on muuttuva polttoväli. Se voi olla sekä keräämistä että hajauttamista. Ensimmäisessä tapauksessa valo keskittyy, tähden kirkkaus lisääntyy, toisessa valo hajaantuu. Tällainen merkkimuutos tallennetaan jopa satoja kertoja sekunnissa.
Hajotuksesta johtuen säde hajoaa erivärisiksi säteiksi, jotka seuraavat eri polkuja ja voivat poiketa mitä enemmän tähti on horisontissa. Violetin ja punaisen säteen välinen etäisyys yhdestä tähdestä voi olla 10 metriä lähellä maan pintaa. Tämän seurauksena tarkkailija näkee jatkuvan muutoksen tähden kirkkaudessa ja värissä.
Optiset ilmiöt ilmakehässä
Ilmakehä on monimutkainen kaasujen seos. Molekyylit, kaasuatomit, vesihöyryn kondensaatio- ja sublimaatiotuotteet, erilaiset ilmaan suspendoituneet kiinteät hiukkaset osallistuvat valonsirontaprosessiin. Tämän seurauksena ilmakehä on eräänlainen optinen järjestelmä, jonka parametrit muuttuvat jatkuvasti. Optiset ilmiöt ilmakehässä syntyvät heijastuksen seurauksena,
taittuminen ja dispersio(valkoinen valo hajoaa spektriksi),
ilmakehän sironta halo taittuminen
diffraktio ( valoaallon poikkeama suoraviivaisesta suunnasta kulkiessaan pienten reikien läpi tai taivutettaessa pienten esteiden ympäri) ja häiriötä(overlay) aallot
Taivaan sininen väri on tieteellisesti selitetty Rayleighin teoria perustuu molekyylien sirontalakiin. Siinä sanotaan: "sironneen valon intensiteetti vaihtelee käänteisesti sirontahiukkaseen osuvan valon aallonpituuden neljännen tehon kanssa." Koska violettien säteiden aallonpituus on puolet punaisten säteiden aallonpituudesta, ne siroavat 16 kertaa enemmän. Kaikki muut näkyvän spektrin värilliset säteet sisältyvät sironneen valon määrään, joka on kääntäen verrannollinen kunkin niistä aallonpituuden neljänteen potenssiin. Kaikkien hajallaan olevien säteiden sekoitus antaa sinisen värin.
Molekyyli-Rayleigh-sironta on aerosolidispersion erikoistapaus. Jos hiukkaskoko ylittää 1/10 tulevasta aallonpituudesta, se menee ohi aerosolisirontaan Mie(vaalea, punertava taivas). Keskipäivällä pääosin pitkäaaltoiset säteet saavuttavat Auringon - punaiset, oranssit, keltaiset säteet. Kun aurinko laskeutuu kohti horisonttia, säteet joutuvat kulkemaan pidemmän matkan ilmakehässä. Lyhyen aallonpituisten säteiden häviöt ovat havaittavissa. Ja auringon väri auringonlaskun aikaan muuttuu oranssiksi tai punaiseksi.
Taivaan kultaista, oranssia tai punertavaa sävyä horisontin yläpuolella kutsutaan aamunkoitto. Taivaan väri riippuu ilmassa olevien aerosolien epäpuhtauksista. Kultaiset sävyt osoittavat, että ilmassa on pieni määrä aerosoleja, jotka hajottavat auringonvaloa. Vesihöyryn läsnäolo lisää punaisten säteiden sirontaa ilmakehässä.
hämärän säteet- Tämä ilmiö johtuu Auringon valon, ilmassa hajallaan olevan vesihöyryn ja horisontin alapuolella tai ei korkealla horisontin yläpuolella olevien pilvien luomasta varjosta.
Sateenkaari ja halo- ilmiöt, jotka liittyvät valonsäteiden taittumiseen ja heijastumiseen pilvien pisaroissa ja kiteissä.
Sateenkaari havaitaan Aurinkoa vastakkaiseen suuntaan, yleensä 1-2 km:n etäisyydellä havainnosta. Joskus se voidaan havaita useiden metrien etäisyydeltä vesipisaroiden taustalla. Sateenkaaren keskipiste on samalla linjalla tarkkailijan silmän ja aurinkolevyn keskipisteen kanssa. Pisarassa taittuneena säde hajoaa pääväreiksi. Sateenkaaren sisäväri on violetti, ulkoväri on punainen. Kaaren tyyppi, värien kirkkaus, raitojen leveys riippuvat sadepisaroiden lukumäärästä, koosta ja muodonmuutoksesta. Suuret pisarat luovat kapeamman ja kirkkaamman sateenkaaren, pienet luovat kaaren, joka on epäselvä, haalistunut ja jopa valkoinen.
Pääsateenkaaren (jonka kulmasäde on noin 42°) muodostuminen selittyy kaksinkertaisella taitolla ja yksittäinen sisäinen heijastus auringonvalolle, jolle ne altistuvat vesipisaroissa.
Usein ilmestyy toinen, vähemmän kirkas sateenkaari, jonka kulmasäde on noin 52° värien ollessa käänteinen. Tämä sateenkaari muodostuu tuloksena kaksinkertainen taittuminen ja heijastuksia säteet pisarassa. Ensimmäisen sateenkaaren sisäpuolella havaitaan paljon harvemmin heikosti värillisiä toissijaisia kaaria.
Useita muotoja halo voidaan jakaa kahteen pääryhmään:
Halo, hieman irisoivilla väreillä sävytettynä. Nämä ovat ympyröitä, niitä tangentteja kaaria, vaaleita pisteitä (vääräaurinkoja);
Värittömät halot ovat valkoisia. Tämä on vaakasuuntainen ympyrä, pilarit ja ristit.
Ensimmäisen ryhmän ilmiö saadaan jääkiteissä olevien säteiden taittumisesta ja toisen ryhmän ilmiö - heidän kasvoiltaan heijastuvana seurauksena. Nämä kiteet sijaitsevat havaitsijan ja valonlähteen välissä kesällä sirruspilvinä ja talvella myös jääpölyn, sumun tai sumun muodossa. Halon monimuotoisuus riippuu jääkiteiden muodosta, niiden suunnasta, liikkeestä ja Auringon korkeudesta horisontin yläpuolella.
Yleisimmin havaittu halo, jonka säde on 22 °, jonka sisäosa on punertava, ulkoosa on sinertävä, taivas renkaan sisällä näyttää tummemmalta. 46° säteellä oleva halo on harvinaisempi ilmiö. Suuren kokonsa vuoksi tätä sädekehää havaitaan erittäin harvoin kokonaisena ympyränä, yleensä vain osa siitä on näkyvissä. Halon irisoiva väri syntyy valkoisen valonsäteen hajoamisesta jääprismassa.
Vielä harvemmin monimutkaisia halomuotoja havaitaan, kun se koostuu useista ympyröistä, tangentit ja vinot kaaret ja väärät aurinkot tai kuut. Useammin havaittu halon ylätangenttikaaret kohdissa 22 ja 46°. Ne on käännetty kuperasti aurinkoon, ne ovat kirkkaanvärisiä ja punainen väri on käännetty aurinkoon. Ne ilmestyvät, kun pilvessä on kiteitä, joilla on erilaiset pinnat ja taittuvat reunat.
parhelinen ympyrä(tai väärien aurinkojen ympyrä) - zeniittipisteessä keskitetty valkoinen rengas, joka kulkee Auringon läpi yhdensuuntaisesti horisontin kanssa. Tämä ympyrä on seurausta auringonsäteiden heijastuksesta ilmassa pystyasennossa kelluvien kuusikulmaisten jääkiteiden sivupinnoilta.
parhelia, tai väärät auringot, ovat kirkkaasti valoisia Aurinkoa muistuttavia pisteitä *, jotka muodostuvat parhelic * -ympyrän ja halon leikkauspisteistä ja joiden kulmasäteet ovat 22 °, 46 ° ja 90 °. Joskus näkyy antelium (anti-aurinko) - kirkas täplä, joka sijaitsee parhelion-renkaassa täsmälleen aurinkoa vastapäätä. Tämän ilmiön syynä oletetaan olevan auringonvalon kaksinkertainen sisäinen heijastus. Heijastunut säde kulkee samaa reittiä kuin tuleva säde, mutta vastakkaiseen suuntaan.
ympäryskaari on 90° tai vähemmän kaari, jonka keskipiste on zeniitti, noin 46° auringon yläpuolella. Siinä on kirkkaat värit, kaaren ulkopuoli on maalattu punaiseksi.
aurinkonapa hyvin yleinen ilmiö, joka muistuttaa miekka. Se syntyy valonsäteiden heijastuksen seurauksena vaakapinnoilta, ilmassa kelluvista jäälevyistä. Ylittää. Tämä ilmiö saadaan aikaan, kun pylväät risteytyvät valkoisen vaakasuuntaisen ympyrän kanssa.
3) Kruunut, loistot, särkyneet haamut, halot, pilven väritys syntyä seurauksena diffraktiota ja interferenssiä auringonsäteet.
kruunuja vaaleat, hieman värilliset renkaat, joiden sisäpuoli on sininen, ulkopuoli punainen. Ne ympäröivät aurinkoa tai kuuta, jotka paistavat ohuiden vesipilvien läpi. Kruunu voi olla yksi valaisimen vieressä (halo) tai useita "lisärenkaita", jotka on erotettu toisistaan. Kruunut muodostuvat äärimmäisistä tangenttisäteistä, jotka osuvat pallomaisen hiukkasen pintaan (pilvi- tai sumupisarat, kaste, hiekkajyvät). Kruunujen ilmestymisen syynä on valon diffraktio sen kulkiessa pilven pisaroiden ja kiteiden välillä. Pienten reikien läpi kulkeva valonsäde kiertää pisaran reunoja ja samalla hajoaa värillisiksi säteiksi, jotka taipuvat eri tavoin, kun säde taivutetaan reiän reunaan. Kruunun mitat riippuvat pisaroiden ja kiteiden koosta: mitä suurempia pisaroita (kiteitä), sitä pienempi kruunu ja päinvastoin. Jos pilvielementit suurentuvat pilvessä, kruunusäde pienenee vähitellen ja pilvielementtien koon pienentyessä (haihtuminen) se kasvaa.
Kun säteet kulkevat hiukkasen sisällä ja tietyissä kulmissa (tangentit), suurin osa säteistä heijastuu lähes kokonaan ja suuntautuu taaksepäin, lähes yhdensuuntaisesti tulevien säteiden kanssa. Nämä säteet luovat diffraktiokuvion vastakkaiseen suuntaan. Siksi gloria kutsutaan myös "anti-kruunu" tai "anti-korona". Broken Ghost muodostuu epätasaisessa maastossa, kun aurinko on tarkkailijan takana pystysuoralle sumumuurin päälle putoavan henkilön varjossa. Varhain aamulla, heti auringon noustessa, niityllä, joka on runsaasti kasteen peitossa, nimbus, se muodostuu ihmisen pään varjon ympärille.
Joskus päivän aikana cirrocumulus- tai altokumuluspilvien erilliset osat hehkuvat sateenkaaren väreillä, ja nämä värit hohtavat kuin helmiäinen. Väritys on erityisen voimakasta pilvien ohuilla reunoilla. Pilvien irisointi . Värien leikki syntyy, koska pilvi liikkuu ja muuttaa tiheyttä.
Ilmakehässä havaitut optiset ilmiöt liittyvät läheisesti siinä tapahtuviin prosesseihin, joten kruunut ja halot ovat yksi tärkeimmistä paikallisista sään merkeistä.
Ilmiöitä tähtitieteellistä ja maanpäällinen taittuminen, joka johtuu valonsäteiden taittumisesta ilmakehässä lämpötilan ja ilman tiheyden epätasaisen jakautumisen vuoksi. refraktiota kutsutaan tähtitieteellinen, jos valonlähde on ilmakehän ulkopuolella. Sen seuraukset: tähtien välkkyminen, auringon kiekon muodon vääristyminen auringonnousun ja auringonlaskun aikaan, päivän piteneminen. Keskimmäisillä leveysasteilla (Moskova, Pietari) päivä pitenee taittumisesta johtuen yleensä enintään 8-12 minuuttia, navoilla enemmän. Auringonlaskun tai auringonnousun aikana, kun aurinko on horisontin alapuolella, taittuminen nostaa sitä ja päivä jatkuu. Päivän pituuden pidentyminen riippuu valon korkeudesta, lämpötilapaikan leveysasteesta ja ilmanpaineesta maan pinnalla.
Auringon säteiden taittumisesta johtuen auringonnousun ja -laskun aikaan aurinkolevyn muoto on vääristynyt. Auringon litistyminen selittyy sillä, että sen horisonttia koskettava alareuna taittuu voimakkaammin kuin yläreuna. tuikkivat tähdet Se selittyy tähdestä tulevien säteiden taittumisella ja osittaisella leviämisellä joko lämpimän tai kylmän ilman suihkuissa, joita kohdataan jatkuvasti sen säteiden reitillä ilmakehässä.
Maan taittuminen syntyy, kun säteet kulkevat ja taittuvat ilmakehän sisällä olevista esineistä eri tiheyksissä olevissa ilmakerroksissa. Maan taittumisen ilmeneminen johtuu ilmakehän suurista lämpötilagradienteista (yli 3°C/100 m). Tässä tapauksessa kaukana olevat kohteet voivat osoittautua nouseviksi tai lasketuiksi suhteessa niiden todelliseen sijaintiin, ja ne voivat myös vääristyä ja saada epäsäännöllisiä, fantastisia muotoja. Miraasityyppejä on useita riippuen siitä, missä kuva sijaitsee suhteessa kohteeseen: ylempi, alempi, lateraalinen ja monimutkainen.
huonompi mirage: Se muodostuu esineiden tai taivaan heijastuksen seurauksena voimakkaasti kuumennetusta ilmasta lähellä maan pintaa. Niitä havaitaan aroilla ja aavikoilla.
Ylivoimainen mirage. Ne muodostuvat horisonttiviivan ulkopuolella olevien esineiden heijastuksen seurauksena lämpimästä ilmakerroksesta, joka sijaitsee erittäin kylmän maan tai meren pinnan yläpuolella. Suotuisat olosuhteet niille luodaan napa-alueilla tai kylmien merien ylle.
Sivu mirage. Se tapahtuu, kun saman tiheyden omaavat ilmakerrokset sijaitsevat ilmakehässä ei vaakasuorassa, vaan vinosti tai jopa pystysuunnassa. Tällaisia olosuhteita syntyy kesällä, aamulla auringonnousun jälkeen meren tai järven kallioisten rantojen lähelle, kun ranta on jo Auringon valaisemassa ja sen yläpuolella olevan veden ja ilman pinta on vielä kylmä.
Monimutkainen mirage tai Fata Morgana, syntyy, kun on olemassa olosuhteet sekä ylemmän että alemman miraasin esiintymiselle samanaikaisesti, esimerkiksi merkittävällä lämpötilan inversiolla tietyllä korkeudella lämpimän veden yläpuolella, muodostuu kylmän ilman kerros. Rannikkovuorilta virtaavan ilman seurauksena. Taikalinnat ilmestyvät meren ylle, muuttuvat, kasvavat, katoavat.
Epätavalliset ilmakehän ilmiöt ovat inspiroineet ja herättävät edelleen pelkoa mystisesti taipuvissa ihmisissä. Siksi näitä asioita voidaan pohtia valinnaisilla tunneilla, jotta opiskelijassa muodostuisi objektiivinen maailmankuva. Optisten ilmiöiden luonteen tutkiminen auttaa selittämään fyysisten prosessien tieteellisiä perusteita, tyydyttämään opiskelijoiden kognitiivisen kiinnostuksen valittujen tietoalueiden tutkimiseen. Valokuvia ilmiöistä voidaan käyttää esittelytarkoituksiin koulun maantiedon tunneilla. Epäilemättä jokainen opiskelija on kiinnostunut laajentamaan tietämystään luonnon optisten ilmiöiden tutkimisen alalla.
Taivaan holvi teki ihmiselle paljon mysteereitä, näitä ongelmia ratkaistaessa tehtiin samat monia uusia löytöjä. Planeettamme ilmakehän läpi kulkeva valonsäde ei vain valaise sitä, vaan antaa sille ainutlaatuisen ilmeen ja tekee siitä kauniin.
Arkkipiispa Antonio Dominis yritti ensimmäisen kerran selittää sateenkaaren luonnonilmiöksi vuonna 1611, minkä vuoksi hänet erotettiin ja tuomittiin kuolemaan, ja hänen käsikirjoituksensa poltettiin.
Tieteellisen selityksen sateenkaaresta antoi ensimmäisen kerran René Descartes vuonna 1637. Descartes rakensi kuvan 10 000 säteelle. Kävi ilmi, että yhdellä heijastuksella vain pieni ryhmä säteitä (ne on korostettu yhtenäisillä viivoilla) tulee ulos putoamisesta kompaktissa säteessä muodostaen noin 42° kulman saapuvien auringonsäteiden suunnan kanssa. kaksoisheijastus - 52°. Kaikki loput (merkitty katkoviivoilla) hajoavat leveässä tuulettimessa, haihtuvat. Löytäjän kunniaksi tätä kompaktia palkkia kutsutaan Descartesin säde.
Alle 5 % pisaran päälle putoavan aurinkovirran energiasta kuluu sateenkaareen. Samaan aikaan noin 4 % menee ensimmäisen sateenkaaren muodostumiseen.
Jokainen näkee oman sateenkaarensa. Laskelmat osoittivat, että 3., 4., 7. ja 8. sisäisen heijastuksen sateenkaaret sijaitsevat Auringon ympärillä ja 5., 6. - antisolaarisen pisteen ympärillä. Tällaisten sateenkaarien kulmamitat voivat pienentyä 30º 14º ja 16º 51º. Emme kuitenkaan näe niitä.
Riisi. 5.
Erilaiset optiset (valo)ilmiöt ilmakehässä johtuvat siitä, että auringon ja muiden taivaankappaleiden valonsäteet, jotka kulkevat ilmakehän läpi, kokevat sirontaa ja diffraktiota. Tässä suhteessa ilmakehässä tapahtuu useita hämmästyttävän kauniita optisia ilmiöitä:
taivaan väri, aamunkoiton väri, hämärä, tähtien välähdys, ympyrät auringon ja kuun näennäisen sijainnin ympärillä, sateenkaari, mirage jne. Kaikki ne heijastavat tiettyjä ilmakehän fyysisiä prosesseja, liittyvät hyvin läheisesti sään muutokseen ja tilaan ja voivat siksi olla hyviä paikallisia merkkejä hänen ennusteessaan.
Kuten tiedät, auringonvalon spektri koostuu seitsemästä pääväristä, punaisesta, oranssista, keltaisesta, vihreästä, sinisestä, indigosta ja violetista.Valkoisten valonsäteiden eri värejä sekoitetaan tiukasti määritellyssä suhteessa. Jos tätä suhdetta rikotaan, valo muuttuu valkoisesta värilliseksi. Jos valonsäteet osuvat hiukkasiin, joiden mitat ovat pienempiä kuin säteiden aallonpituudet, niin Rayleighin lain mukaan nämä hiukkaset siroavat ne käänteisesti suhteessa aallonpituuksiin neljänteen potenssiin. Nämä hiukkaset voivat olla sekä kaasumolekyylejä, jotka muodostavat ilmakehän, että pienimpiä pölyhiukkasia.
Samat hiukkaset sirottavat erivärisiä säteitä eri tavoin. Violetit, siniset ja siniset säteet ovat hajallaan voimakkaimmin, punaiset heikommin. Siksi taivas on värjätty siniseksi: horisontissa se on vaaleansininen sävy ja zeniitissä melkein sininen.
Ilmakehän läpi kulkevat siniset säteet ovat voimakkaasti hajallaan, kun taas punaiset säteet saavuttavat maan pinnan lähes täysin hajoamattomina. Tämä selittää aurinkolevyn punaisen värin auringonlaskun aikaan tai heti auringonnousun jälkeen.
Kun valo osuu hiukkasiin, joiden halkaisija on melkein yhtä suuri tai suurempi kuin aallonpituudet, kaikkien värien säteet siroavat tasaisesti. Tässä tapauksessa sironnut ja tuleva valo ovat samanvärisiä.
Siksi, jos ilmakehään suspendoituu suurempia hiukkasia, taivaan siniseen väriin lisätään valkoista kaasumolekyylien hajoamisen vuoksi, ja taivas muuttuu siniseksi valkeahtavalla sävyllä, mikä lisääntyy suspendoituneiden hiukkasten määrän mukaan. ilmakehässä lisääntyy.
Tämä taivaan väri havaitaan, kun ilmassa on paljon pölyä.
Taivaan väri muuttuu valkeaksi, ja jos ilmassa on suuria määriä vesihöyryn kondensaatiotuotteita vesipisaroiden, jääkiteiden muodossa, taivas saa punertavan ja oranssin sävyn.
Tämä ilmiö havaitaan yleensä rintamien tai syklonien kulkiessa, kun voimakkaat ilmavirrat kuljettavat kosteutta korkealle.
Kun aurinko on lähellä horisonttia, valonsäteet joutuvat kulkemaan pitkän matkan maan pinnalle ilmakerroksessa, joka sisältää usein suuria määriä suuria kosteus- ja pölyhiukkasia. Tässä tapauksessa sininen valo siroaa hyvin heikosti, punainen ja muut säteet ovat sironneet voimakkaammin, värjään ilmakehän alemman kerroksen erilaisiin kirkkaisiin ja ruskeisiin punaisiin, keltaisiin ja muihin väreihin riippuen pölypitoisuudesta, kosteudesta ja kuivuudesta. ilmasta.
Taivaan väriin liittyy läheisesti ilmiö, jota kutsutaan opalisoivaksi sameukseksi. Ilman opalisoivan sameuden ilmiö koostuu siitä, että kaukaiset maanpäälliset esineet näyttävät olevan sinertävän sumun peitossa (hajallaan violettia, sinistä, sinistä väriä).
Tämä ilmiö havaitaan niissä tapauksissa, joissa ilma on suspendoituneessa tilassa (paljon pieniä pölyhiukkasia, joiden halkaisija on alle 4 mikronia.
Lukuisat tutkimukset taivaan väristä erityisellä laitteella (syanometri) ja visuaalisesti todenneet taivaan värin ja ilmamassan luonteen välisen suhteen. Kävi ilmi, että näiden kahden ilmiön välillä on suora yhteys.
Syvän sininen väri ilmaisee arktisen ilmamassan läsnäolon alueella, ja valkeahko - pölyinen mannermainen ja trooppinen. Kun ilmassa olevan vesihöyryn tiivistymisen seurauksena muodostuu ilmamolekyylejä suurempia vesihiukkasia tai jääkiteitä, ne heijastavat kaikki säteet tasaisesti ja taivas muuttuu valkoiseksi tai harmahtavaksi.
Kiinteät ja nestemäiset hiukkaset ilmakehässä aiheuttavat merkittävää sumua ilmaan ja heikentävät siten huomattavasti näkyvyyttä. Näkyvyysalue meteorologiassa ymmärretään rajoittavaksi etäisyydeksi, jolla tietyssä ilmakehän tilassa tarkasteltavat kohteet lakkaavat olemasta erotettavissa.
Siksi taivaan väri ja näkyvyys, jotka riippuvat pitkälti ilmassa olevien hiukkasten koosta, antavat mahdollisuuden arvioida ilmakehän tilaa ja tulevaa säätä.
Useat paikalliset sääennusteen merkit perustuvat tähän:
Tumman sinertävä taivas päivällä (vain auringon lähellä voi olla hieman valkeahko), kohtalainen tai hyvä näkyvyys ja tyyni sää aiheuttavat vähän vesihöyryä troposfäärissä, joten antisyklonisään voidaan odottaa kestävän 12 tuntia tai enemmän.
Valkeahko taivas päivällä, keskimääräinen tai huono näkyvyys osoittavat suuren määrän vesihöyryä, kondensaatiotuotteita ja pölyä troposfäärissä, eli antisyklonin reuna kulkee tästä, kosketuksissa syklonin kanssa: voimme odottaa siirtymistä sykloniseen säähän seuraavien 6–12 tunnin aikana.
Taivaan vihertävän sävyinen väri osoittaa troposfäärin ilman suurta kuivuutta; Kesällä se ennustaa kuumaa säätä ja talvella pakkasta.
Tasainen harmaa taivas aamulla edeltää selkeää hyvää säätä, harmaa ilta ja punainen aamu edeltää myrskyistä tuulista säätä.
Taivaan valkeahko sävy lähellä horisonttia matalalla (kun taas muu taivas on sininen) on troposfäärissä lievää kosteutta ja ennustaa hyvää säätä.
Taivaan kirkkauden ja sinisyyden asteittainen väheneminen, valkean pisteen lisääntyminen lähellä aurinkoa, taivaan pilvistyminen lähellä horisonttia, näkyvyyden heikkeneminen on merkki lämpimän rintaman tai lämpimän tyyppisen okkluusiorintaman lähestymisestä .
Jos kaukana olevat kohteet ovat selvästi näkyvissä eivätkä näytä lähempänä kuin ne todellisuudessa ovat, voidaan odottaa antisyklonista säätä.
Jos kaukana olevat esineet ovat selvästi näkyvissä, mutta etäisyys niihin näyttää lähempänä kuin todellinen, ilmakehässä on suuri määrä vesihöyryä: sinun on odotettava sään huononemista.
Kaukana olevien kohteiden huono näkyvyys rannikolla viittaa suureen pölymäärään alemmassa ilmakerroksessa ja on merkki siitä, että sadetta ei pitäisi odottaa seuraavien 6-12 tunnin aikana.
Korkea ilman läpinäkyvyys näkyvyysalueella 20-50 km tai enemmän on merkki arktisen ilmamassan läsnäolosta alueella
Kuun selkeä näkyvyys ilmeisen pullistuneen kiekon kanssa osoittaa korkeaa ilmankosteutta troposfäärissä ja on merkki sään huononemisesta.
Hyvin näkyvä tuhkainen kuutamo ennustaa huonoa säätä. Tuhkavalo on ilmiö, kun ensimmäisinä päivinä uudenkuun jälkeisinä päivinä kuun kapean kirkkaan puolikuun lisäksi näkyy koko sen täysi kiekko maasta heijastuvan valon himmeänä valaistuna.
Aamunkoitto
Aamunkoitto on taivaan väri auringonnousun ja -laskun aikaan.
Aamunkoiton värien monimuotoisuus johtuu erilaisista ilmakehän olosuhteista. Aamunkoiton värilliset raidat horisontista laskettuna havaitaan aina spektrin värien järjestyksessä punainen, oranssi, keltainen, sininen.
Yksittäiset värit voivat puuttua kokonaan, mutta jakautumisjärjestys ei muutu koskaan. Punaisen alapuolella horisontissa voi joskus olla harmaa likainen purppura, joka näyttää lilalta. Aamunkoiton yläosa on joko valkeahko tai sininen.
Tärkeimmät aamunkoittoon vaikuttavat tekijät ovat ilmakehän sisältämät vesihöyryn kondensaatiotuotteet ja pöly:
Mitä enemmän kosteutta ilmassa, sitä selvempi aamunpunainen väri on. Ilmankosteuden nousu havaitaan yleensä ennen pyörremyrskyn, koleaa säätä tuovan rintaman, lähestymistä. Siksi kirkkaan punaisen ja oranssin aamunkoitolla voidaan odottaa kosteaa säätä ja voimakkaita tuulia. Aamunkoiton keltaisten (kultaisten) sävyjen vallitseminen osoittaa, että ilmassa on pientä määrää kosteutta ja suurta pölyä, mikä kertoo tulevasta kuivasta ja tuulisesta säästä.
Kirkkaat ja purppuranpunaiset aamunkoitot, jotka muistuttavat kaukaisen tulen hehkua pilvisine sävyin, osoittavat korkeaa ilmankosteutta ja ovat merkki sään huononemisesta - syklonin lähestymisestä, rintama seuraavien 6-12 tunnin aikana.
Kirkkaan keltaisen sekä illan aamunkoitteen kultaisten ja vaaleanpunaisten sävyjen vallitseminen osoittaa ilman alhaista kosteutta; kuivaa, usein tuulista säätä voidaan odottaa.
Vaaleanpunainen (vaaleanpunainen) taivas illalla osoittaa kevyen tuulisen sään ilman sadetta.
Punertava ilta ja harmaa aamu ennustavat selkeää päivää ja iltaa kevyellä tuulella.
Mitä hellämpi pilven punainen väri on illan sarastaessa, sitä suotuisampi on tuleva sää.
Kellertävänruskea aamunkoitto talvella pakkasen aikana osoittaa niiden pysyvyyttä ja mahdollista voimistumista.
Pilvinen kellertävän vaaleanpunainen iltasaamuna on merkki sään todennäköisestä heikkenemisestä.
Jos aurinko, joka lähestyy horisonttia, muuttaa vähän tavanomaista valkeankeltaista väriään ja laskee erittäin kirkkaaksi, mikä liittyy ilmakehän korkeaan läpinäkyvyyteen, alhaiseen kosteus- ja pölypitoisuuteen, hyvä sää jatkuu.
Jos aurinko ennen kuin laskeutuu horisonttiin tai auringonnousun hetkellä, kun sen reuna ilmestyy, antaa kirkkaan vihreän säteen välähdyksen, meidän on odotettava vakaan, selkeän, rauhallisen sään säilymistä; jos onnistuit huomaamaan sinisen säteen samaan aikaan, voit odottaa sitä. Varsinkin hiljainen ja selkeä sää. Vihreän säteen välähdyksen kesto on enintään 1-3 sekuntia.
Vihertävän sävyjen vallitseminen illan sarastaessa osoittaa pitkää kuivaa selkeää säätä.
Vaalea hopeanhohtoinen kaistale ilman teräviä rajoja, joka näkyy pitkään horisontissa pilvettömällä taivaalla auringonlaskun jälkeen, ennustaa pitkää tyyniä antisyklonaalista säätä.
Liikkumattomien cirruspilvien lempeä vaaleanpunainen valaistus suolan laskeutumisen aikana muiden pilvien puuttuessa on luotettava merkki vakiintuneesta antisyklonisesta säästä.
Kirkkaan punaisen värin dominointi illan aamunkoitteessa, joka jatkuu pitkään auringon laskeutuessa edelleen horisontin alapuolelle, on merkki lämpimän rintaman tai lämpimän tyyppisen okkluusiorintaman lähestymisestä, on odotettavissa pitkittynyttä koleaa. tuulinen sää.
Hellästi vaaleanpunainen aamunkoitto ympyrän muodossa auringon yläpuolella, joka on laskenut horisontin taakse, on hyvä vakaa sää. Jos ympyrän väri muuttuu vaaleanpunaisen-punaiseksi, sademäärä ja lisääntynyt tuuli ovat mahdollisia.
Aamunkoiton väri liittyy läheisesti ilmamassan luonteeseen. IVY:n Euroopan osan lauhkeille leveysasteille koottu taulukko näyttää aamunkoitteen värien ja ilmamassojen välisen suhteen N. I. Kucherovin mukaan:
Auringonlasku
Koska syklonit liikkuvat pääosin läntisistä kohdista, on pilvien ilmaantuminen taivaan länsipuolelle yleensä merkki syklonin lähestymisestä, ja jos näin tapahtuu illalla, aurinko laskee pilviin. Mutta samaan aikaan on otettava huomioon pilvimuotojen järjestys, joka liittyy sykloniin, ilmakehän rintamiin.
Jos aurinko laskee matalan kiinteän pilven taakse, joka erottuu terävästi vihertävän tai kellertävän taivaan taustalla, tämä on merkki tulevasta hyvästä (kuivasta, tyynestä ja selkeästä) säästä.
Jos aurinko laskee jatkuvana vähäpilvisenä ja jos horisontissa ja pilvisyyden yläpuolella näkyy cirrus- tai cirrostratuspilviä kerroksia, tulee sademäärä, tuulinen sykloninen sää seuraavien 6-12 tunnin aikana.
Auringonlasku tummien tiheiden pilvien takana, joiden reunoilla on punainen väri, ennustaa syklonista säätä.
Jos auringonlaskun jälkeen idässä on selvästi näkyvissä tumma kartio, joka leviää vähitellen ylöspäin leveällä epäselvällä oranssilla rajalla - maan varjo, niin sykloni lähestyy auringonlaskun puolelta.
Maan varjo idässä auringonlaskun jälkeen on harmaanharmaa, ilman reunaväriä tai vaaleanpunainen - merkki antisyklonisen sään jatkumisesta.
Tämä nimi on annettu yksittäisten valonsäteiden tai säteiden säteelle, joka tulee ulos auringon peittävien pilvien takaa. Auringon säteet kulkevat pilvien välisten rakojen läpi, valaisevat ilmassa suspensiossa kelluvia vesipisaroita ja antavat joukon valonauhoja nauhojen muodossa (Buddha-säteet).
Koska tämä säteily havaitaan suuren määrän pienten vesipisaroiden läsnäolon vuoksi ilmassa, se ennustaa sateista, tuulista syklonista säätä.
Tumman pilven takaa nouseva hohto, jonka takana aurinko sijaitsee, on merkki tuulisen sään alkamisesta seuraavien 3-6 tunnin aikana.
Heti viimeisen sateen jälkeen havaittu keltaisten pilvien aiheuttama hohto ennustaa sateen välitöntä jatkumista ja tuulen lisääntymistä.
Auringon, kuun ja muiden taivaankappaleiden punainen väri kertoo ilmakehän korkeasta kosteudesta, ts. sykloninen sää, voimakkaat tuulet ja sateet, seuraavien 6–10 tunnin aikana.
Auringon tummennetun kiekon punertava väri yhdessä kaukaisten kohteiden (vuoret jne.) sinertävän värin kanssa on merkki pölyisen trooppisen ilman leviämisestä, ja ilman lämpötilan merkittävää nousua on odotettavissa pian.
Tarkkailemalla taivaan holvia avoimesta paikasta (esimerkiksi merestä), voit nähdä, että se on puolipallon muotoinen, mutta litistynyt pystysuunnassa. Usein näyttää siltä, että etäisyys tarkkailijasta horisonttiin on kolme-neljä kertaa suurempi kuin zeniittiin.
Tämä selitetään seuraavasti. Kun katsot ylöspäin, kallistamatta päätä taaksepäin, esineet näyttävät meistä lyhennetyiltä verrattuna vaaka-asennossa oleviin.
Esimerkiksi kaatuneet pylväät tai puut näyttävät pidemmiltä kuin pystysuorat. Vaakasuunnassa ilmakehän perspektiivi vaikuttaa, minkä vuoksi sumuun verhotut kohteet (pölystä ja nousevista virroista) näyttävät vähemmän valaistuilta ja siten kauempana.
Taivaanvahvuuden näennäinen litteys vaihtelee sääolosuhteiden mukaan. Ilmakehän suuri läpinäkyvyys ja korkea kosteus lisäävät taivaan tasoittumista.
Ennen syklonista säätä näkyy litistynyt, matala taivaanholvi.
Antisyklonien keskialueilla havaitaan korkea taivaanholvi; voidaan odottaa hyvän antisyklonisen sään jatkuvan 12 tuntia tai kauemmin.
Planeettamme ilmakehä on melko mielenkiintoinen optinen järjestelmä, jonka taitekerroin pienenee korkeuden myötä ilman tiheyden vähenemisen vuoksi. Siten Maan ilmakehää voidaan pitää jättimäisten mittojen "linssinä", joka toistaa Maan muodon ja jolla on monotonisesti muuttuva taitekerroin.
Tämä seikka synnyttää kokonaisuuden lukuisia optisia ilmiöitä ilmakehässä siinä olevien säteiden taittumisen (taittumisen) ja heijastuksen (heijastuksen) vuoksi.
Tarkastellaanpa joitain ilmakehän merkittävimpiä optisia ilmiöitä.
ilmakehän taittuminen
ilmakehän taittuminen- ilmiö kaarevuus valonsäteet, kun valo kulkee ilmakehän läpi.
Korkeuden myötä ilman tiheys (ja siten taitekerroin) pienenee. Kuvittele, että ilmakehä koostuu optisesti homogeenisista vaakasuuntaisista kerroksista, joiden taitekerroin vaihtelee kerroksittain (kuva 299).
Riisi. 299. Muutos taitekertoimessa maan ilmakehässä
Kun valonsäde etenee tällaisessa järjestelmässä, se "painaa" taittumislain mukaisesti kohtisuoraa kerroksen rajaa vasten. Mutta ilmakehän tiheys ei pienene hyppyissä, vaan jatkuvasti, mikä johtaa säteen tasaiseen kaareutumiseen ja pyörimiseen kulman α läpi kulkiessaan ilmakehän läpi.
Ilmakehän taittumisen seurauksena näemme Kuun, Auringon ja muut tähdet hieman korkeammalla kuin missä ne todellisuudessa ovat.
Samasta syystä päivän kesto pitenee (leveysasteillamme 10-12 minuuttia), Kuun ja Auringon levyt horisontin lähellä puristuvat. Mielenkiintoista on, että suurin taitekulma on 35" (lähellä horisonttia oleville kohteille), mikä ylittää Auringon näennäisen kulmakoon (32").
Tästä tosiasiasta seuraa: sillä hetkellä, kun näemme, että tähden alareuna kosketti horisonttiviivaa, itse asiassa aurinkokiekko on jo horisontin alapuolella (kuva 300).
Riisi. 300. Säteiden ilmakehän taittuminen auringonlaskun aikaan
tuikkivat tähdet
tuikkivat tähdet liittyy myös tähtitieteelliseen valon taittumiseen. On jo pitkään huomattu, että tuikkiminen on havaittavinta horisontin lähellä olevissa tähdissä. Ilmakehän ilmavirrat muuttavat ilman tiheyttä ajan myötä, mikä johtaa taivaankappaleen näennäiseen välkkymiseen. Astronautit kiertoradalla eivät havaitse välkkymistä.
Miraasit
Kuumilla aavikko- tai aroilla ja napa-alueilla ilman voimakas lämpeneminen tai jäähtyminen lähellä maan pintaa johtaa ilmaan mirageja: säteiden kaarevuuden vuoksi esineet, jotka todella sijaitsevat kaukana horisontin ulkopuolella, tulevat näkyviin ja näyttävät läheltä.
Joskus tätä ilmiötä kutsutaan maanpäällinen taittuminen. Miraasien esiintyminen selittyy ilman taitekertoimen riippuvuudella lämpötilasta. On olemassa huonompia ja parempia mirageja.
huonompia mirageja voidaan nähdä kuumana kesäpäivänä hyvin lämmitetyllä asfalttitiellä: meistä näyttää siltä, että sillä on edessään lätäköitä, joita ei itse asiassa ole. Tässä tapauksessa otamme "lätäkköiksi" säteiden heijastavan heijastuksen epätasaisesti kuumennetuista ilmakerroksista, jotka sijaitsevat "kuuman" asfaltin välittömässä läheisyydessä.
ylivoimaisia mirageja eroavat huomattavasti toisistaan: joissakin tapauksissa ne antavat suoran kuvan (kuva 301, a), toisissa ne ovat käänteisiä (kuva 301, b), ne voivat olla kaksinkertaisia ja jopa kolminkertaisia. Nämä ominaisuudet liittyvät ilman lämpötilan ja taitekertoimen erilaisiin riippuvuuksiin korkeudesta.
Riisi. 301. Miraasien muodostuminen: a - suora mirage; b - käänteinen mirage
Sateenkaari
Ilmakehän sade johtaa näyttävien optisten ilmiöiden ilmaantuvuuteen ilmakehässä. Joten sateen aikana koulutus on hämmästyttävä ja unohtumaton näky. sateenkaaret, mikä selittyy auringonvalon erilaisen taittumisen (dispersion) ja heijastuksen ilmiöllä ilmakehän pienimmissä pisaroissa (kuva 302).
Riisi. 302. Sateenkaaren muodostuminen
Erityisen onnistuneissa tapauksissa voimme nähdä useita sateenkaareja kerralla, joiden värien järjestys on keskenään käänteinen.
Sateenkaaren muodostumiseen osallistuva valonsäde kokee kaksi taittumaa ja useita heijastuksia jokaisessa sadepisarassa. Tässä tapauksessa, yksinkertaistaen jonkin verran sateenkaaren muodostumismekanismia, voimme sanoa, että pallomaisilla sadepisaroilla on prisman rooli Newtonin kokeessa valon hajoamisesta spektriksi.
Spatiaalisen symmetrian vuoksi sateenkaari näkyy puoliympyrän muodossa, jonka avautumiskulma on noin 42°, kun taas tarkkailijan (kuva 303) tulee olla Auringon ja sadepisaroiden välissä selkä Aurinkoon päin.
Tunnelman värien monimuotoisuus selittyy kuvioilla valon sironta erikokoisille hiukkasille. Koska sinistä on hajallaan enemmän kuin punaista, päivällä, kun aurinko on korkealla horisontin yläpuolella, näemme taivaan sinisenä. Samasta syystä lähellä horisonttia (auringonlaskun tai auringonnousun aikaan) Aurinko muuttuu punaiseksi eikä niin kirkkaaksi kuin zeniitissä. Värillisten pilvien ilmaantuminen liittyy myös erikokoisten hiukkasten valon siroamiseen pilvessä.
Kirjallisuus
Zhilko, V.V. Fysiikka: oppikirja. 11. luokan lisä. Yleissivistävä koulutus venäjänkielisiä laitoksia. lang. koulutus 12 vuoden opintojaksolla (perus- ja jatko-opintojakso) / V.V. Zhilko, L.G. Markovich. - Minsk: Nar. Asveta, 2008. - S. 334-337.
Ilmakehän optisten ilmiöiden monimuotoisuus johtuu useista syistä. Yleisimpiä ilmiöitä ovat salama ja erittäin viehättävät pohjoiset ja eteläiset revontulet. Lisäksi sateenkaari, halo, parhelion (väärä aurinko) ja kaaret, kruunu, halot ja Brockenin haamut, mirages, Pyhän Elmon tulet, valopilvet, vihreät ja hämäräsäteet ovat erityisen kiinnostavia. Sateenkaari on kaunein ilmakehän ilmiö. Yleensä tämä on valtava kaari, joka koostuu monivärisistä raidoista ja havaitaan, kun aurinko valaisee vain osan taivaasta ja ilma on kyllästetty vesipisaroilla esimerkiksi sateen aikana. Moniväriset kaaret on järjestetty spektrisekvenssiin (punainen, oranssi, keltainen, vihreä, syaani, indigo, violetti), mutta värit eivät ole lähes koskaan puhtaita, koska nauhat menevät päällekkäin. Pääsääntöisesti sateenkaarien fyysiset ominaisuudet vaihtelevat merkittävästi, ja siksi ne ovat ulkonäöltään hyvin erilaisia. Niiden yhteinen piirre on, että kaaren keskipiste sijaitsee aina suoralla linjalla, joka on vedetty Auringosta tarkkailijaan. Laavasateenkaari on kaari, joka koostuu kirkkaimmista väreistä - punainen ulkopuolelta ja violetti sisältä. Joskus näkyy vain yksi kaari, mutta usein toinen kaari näkyy pääsateenkaaren ulkopuolella. Siinä ei ole niin kirkkaita värejä kuin ensimmäisessä, ja siinä olevat punaiset ja violetit raidat vaihtavat paikkoja: punainen sijaitsee sisäpuolella.
Pääsateenkaaren muodostuminen selittyy auringonvalon säteiden kaksinkertaisella taitolla ja yhdellä sisäisellä heijastuksella. Vesipisaran (A) sisään tunkeutunut valonsäde taittuu ja hajoaa, kuten kulkiessaan prisman läpi. Sitten se saavuttaa pisaran vastakkaisen pinnan, heijastuu siitä ja poistuu pisarasta ulos. Tässä tapauksessa valonsäde taittuu toisen kerran ennen kuin se saavuttaa havaitsijan. Alkuperäinen valkoinen säde hajoaa erivärisiksi säteiksi, joiden erotuskulma on 2°. Kun sivusateenkaari muodostuu, tapahtuu auringonsäteiden kaksinkertainen taittuminen ja kaksinkertainen heijastus. Tässä tapauksessa valo taittuu, tunkeutuu pisaran sisään sen alaosan kautta ja heijastuu pisaran sisäpinnalta ensin pisteessä B, sitten pisteessä C. Pisteessa D valo taittuu jättäen pisaran sisään pudota kohti tarkkailijaa. Kun sade tai sumu muodostaa sateenkaaren, täysi optinen vaikutus saavutetaan kaikkien sateenkaaren kartion pinnan ylittävien vesipisaroiden yhteisvaikutuksena havainnointiaseman kärjessä. Jokaisen pisaran rooli on ohikiitävä. Sateenkaarikartion pinta koostuu useista kerroksista. Nopeasti ylittäessään ne ja kulkiessaan sarjan kriittisiä pisteitä, jokainen pisara hajottaa auringonsäteen välittömästi koko spektriin tiukasti määritellyssä järjestyksessä - punaisesta violettiin. Monet pisarat ylittävät kartion pinnan samalla tavalla, jolloin sateenkaari näyttää havainnoijalle jatkuvana sekä sen kaarella että poikki. Halo - valkoiset tai värikkäät valokaaret ja ympyrät Auringon tai Kuun kiekon ympärillä. Ne johtuvat ilmakehän jää- tai lumikiteiden valon taittumisesta tai heijastumisesta. Halon muodostavat kiteet sijaitsevat kuvitteellisen kartion pinnalla, jonka akseli on suunnattu havainnoijasta (kartion huipulta) aurinkoon. Tietyissä olosuhteissa ilmakehä on kyllästetty pienillä kiteillä, joiden monet pinnat muodostavat suoran kulman Auringon, havainnoinnin ja näiden kiteiden läpi kulkevan tason kanssa. Tällaiset fasetit heijastavat saapuvia valonsäteitä 22° poikkeamalla muodostaen sädekehän, joka on sisältä punertava, mutta se voi koostua myös kaikista spektrin väreistä. Harvempi on halo, jonka kulmasäde on 46° ja joka sijaitsee samankeskisesti 22° halon ympärillä. Sen sisäpuolella on myös punertava sävy. Syynä tähän on myös valon taittuminen, joka tapahtuu tässä tapauksessa suoran kulman muodostavilla kidepinnoilla. Tällaisen halon renkaan leveys ylittää 2,5?. Sekä 46 asteen että 22 asteen sädekehät ovat yleensä kirkkaimpia renkaan ylä- ja alaosassa. Harvinainen 90 asteen sädekehä on heikosti valoisa, lähes väritön rengas, jolla on yhteinen keskus kahden muun halon kanssa. Jos se on värillinen, siinä on punainen väri renkaan ulkopuolella. Tämän tyyppisen halon alkuperän mekanismia ei ole täysin selvitetty. Parhelia ja kaaria. Parhelic ympyrä (tai väärien aurinkojen ympyrä) - valkoinen rengas, jonka keskipiste on zeniittipisteessä ja joka kulkee Auringon läpi yhdensuuntaisesti horisontin kanssa. Syynä sen muodostumiseen on auringonvalon heijastus jääkiteiden pintojen reunoista. Jos kiteet jakautuvat riittävän tasaisesti ilmaan, tulee näkyviin täysi ympyrä. Parhelia eli väärät auringot ovat kirkkaasti valoisia Aurinkoa muistuttavia täpliä, jotka muodostuvat parheelisen ympyrän ja halon leikkauspisteissä ja joiden kulmasäteet ovat 22?, 46? ja 90?. Useimmin muodostunut ja kirkkain parhelion muodostuu risteyksessä 22 asteen sädekehän kanssa, joka on yleensä värjätty lähes kaikissa sateenkaaren väreissä. Vääriä aurinkoja 46- ja 90-asteen halojen risteyksessä havaitaan paljon harvemmin. Parheliaa, joka esiintyy risteyksessä 90 asteen halojen kanssa, kutsutaan paranteliaksi tai vääriksi vastaauringoksi. Joskus näkyy myös antelium (vasta-aurinko) - kirkas täplä, joka sijaitsee parhelion-renkaassa täsmälleen aurinkoa vastapäätä. Tämän ilmiön syynä oletetaan olevan auringonvalon kaksinkertainen sisäinen heijastus. Heijastunut säde kulkee samaa reittiä kuin tuleva säde, mutta vastakkaiseen suuntaan. Ympäryskaari, jota joskus kutsutaan väärin 46 asteen halon ylemmäksi tangenttikaareksi, on 90? tai vähemmän, keskipisteenä zeniitti, noin 46° Auringon yläpuolella. Se näkyy harvoin ja vain muutaman minuutin, siinä on kirkkaita värejä ja punainen väri rajoittuu kaaren ulkopuolelle. Circumzenithal kaari on merkittävä värikkyydestään, kirkkaudestaan ja selkeistä ääriviivoistaan. Toinen omituinen ja erittäin harvinainen halotyypin optinen efekti on Lovitzin kaari. Ne syntyvät parhelian jatkona 22 asteen sädekehän leikkauskohdassa, kulkevat halon ulkopuolelta ja ovat hieman koverat Aurinkoa kohti. Valkean valon pilarit sekä erilaiset ristit ovat joskus näkyvissä aamunkoitteessa tai iltahämärässä, erityisesti napa-alueilla, ja ne voivat seurata sekä aurinkoa että kuuta. Toisinaan havaitaan kuun haloja ja muita yllä kuvattujen kaltaisia vaikutuksia, ja yleisimmän kuun halon (kuun ympärillä olevan rengas) kulmasäde on 22?. Kuten vääriä aurinkoja, vääriä kuita voi nousta. Kruunut ovat pieniä samankeskisiä värillisiä renkaita auringon, kuun tai muiden kirkkaiden esineiden ympärillä, joita havaitaan ajoittain, kun valonlähde on läpikuultavien pilvien takana. Koronan säde on pienempi kuin halon säde ja on n. 1-5?, sininen tai violetti rengas on lähinnä aurinkoa. Korona muodostuu, kun valoa sirottavat pienet vesipisarat, jotka muodostavat pilven. Joskus kruunu näyttää aurinkoa (tai kuuta) ympäröivältä valopisteeltä (tai halolta), joka päättyy punertavaan renkaaseen. Muissa tapauksissa halon ulkopuolella näkyy ainakin kaksi halkaisijaltaan suurempia samankeskistä rengasta, jotka ovat hyvin heikosti värillisiä. Tähän ilmiöön liittyy värikkäitä pilviä. Joskus erittäin korkeiden pilvien reunat maalataan kirkkailla väreillä. Gloria (halot). Erikoisolosuhteissa tapahtuu epätavallisia ilmakehän ilmiöitä. Jos Aurinko on tarkkailijan takana ja sen varjo heijastuu lähellä oleviin pilviin tai sumuverhoon, tietyssä ilmakehän tilassa ihmisen pään varjon ympärillä, voit nähdä värillisen valoympyrän - halon. Yleensä tällainen halo muodostuu kastepisaroiden valon heijastuksen vuoksi ruohoisella nurmikolla. Gloriat ovat myös melko yleisiä varjossa, jonka kone heittää alla olevien pilvien päälle. Ghosts of the Brocken. Joillakin maapallon alueilla, kun kukkulalla olevan tarkkailijan varjo, auringonnousun tai auringonlaskun aikaan, putoaa hänen taakseen lyhyen matkan päässä sijaitseviin pilviin, paljastuu silmiinpistävä vaikutus: varjo saa valtavat mitat. Tämä johtuu valon heijastumisesta ja taittumisesta sumussa olevien pienimpien vesipisaroiden toimesta. Kuvattua ilmiötä kutsutaan "Brockenin haamuksi" Saksan Harz-vuorten huipun mukaan. Miraasit ovat optinen efekti, jonka aiheuttaa valon taittuminen kulkiessaan eri tiheyksisten ilmakerrosten läpi ja ilmaistaan virtuaalisen kuvan ulkonäössä. Tässä tapauksessa kaukana olevat kohteet voivat osoittautua nouseviksi tai lasketuiksi suhteessa niiden todelliseen sijaintiin, ja ne voivat myös vääristyä ja saada epäsäännöllisiä, fantastisia muotoja. Mirageja havaitaan usein kuumassa ilmastossa, kuten hiekkatasangoilla. Huonolaatuiset miraasit ovat yleisiä, kun kaukainen, lähes tasainen aavikon pinta saa avoveden vaikutelman, varsinkin kun sitä tarkastellaan pienestä korkeudesta tai yksinkertaisesti lämmitetyn ilmakerroksen yläpuolelta. Samanlainen illuusio tapahtuu yleensä lämmitetyllä päällystetyllä tiellä, joka näyttää vedenpinnalta kaukana edessä. Todellisuudessa tämä pinta on taivaan heijastus. Silmien tason alapuolella tähän "veteen" voi ilmestyä esineitä, yleensä ylösalaisin. Kuumennetun maanpinnan yläpuolelle muodostuu "ilmapuhvikakku", ja maata lähinnä oleva kerros on kuumin ja niin harvinainen, että sen läpi kulkevat valoaallot vääristyvät, koska niiden etenemisnopeus vaihtelee väliaineen tiheyden mukaan. Ylivertaiset miraasit ovat harvinaisempia ja luonnonkauniimpia kuin huonommat miraget. Kaukaiset kohteet (usein merihorisontin alapuolella) näkyvät ylösalaisin taivaalla, ja joskus suora kuva samasta kohteesta näkyy myös yläpuolella. Tämä ilmiö on tyypillinen kylmille alueille, varsinkin kun on olemassa merkittävä lämpötilan inversio, kun lämpimämpi ilmakerros on kylmemmän kerroksen yläpuolella. Tämä optinen vaikutus ilmenee valoaaltojen etuosan monimutkaisista etenemiskuvioista epätasaisen tiheyden omaavissa ilmakerroksissa. Etenkin napa-alueilla tapahtuu aika ajoin hyvin epätavallisia miraaseja. Kun mirageja tapahtuu maalla, puut ja muut maiseman osat ovat ylösalaisin. Kaikissa tapauksissa ylemmissä mirageissa olevat esineet näkyvät selkeämmin kuin alemmissa. Kun kahden ilmamassan raja on pystytaso, havaitaan joskus sivumirageja. Pyhän Elmon tuli. Jotkut ilmakehän optiset ilmiöt (esimerkiksi hehku ja yleisin meteorologinen ilmiö - salama) ovat luonteeltaan sähköisiä. Paljon harvinaisempia ovat St. Elmon tulipalot - hehkuvat vaaleansiniset tai violetit siveltimet, joiden pituus on 30 cm - 1 m tai enemmän, yleensä mastojen huipuissa tai laivojen telakan päissä merellä. Joskus näyttää siltä, että koko laivan takila on fosforin ja hehkun peitossa. Elmon tulipalot syttyvät toisinaan vuorenhuippuihin sekä korkeiden rakennusten torneihin ja teräviin kulmiin. Tämä ilmiö on harjasähköpurkaus sähköjohtimien päissä, kun sähkökentän voimakkuus kasvaa suuresti niitä ympäröivässä ilmakehässä. Will-o'-the-wisps on heikko sinertävä tai vihertävä hehku, joka näkyy joskus suolla, hautausmailla ja kryptoissa. Ne näyttävät usein rauhallisesti palavana, kuumenemattomana, noin 30 cm maanpinnan yläpuolelle kohotettuna kynttilänliekkinä, joka leijuu hetken kohteen päällä. Valo näyttää olevan täysin käsittämätön ja kun tarkkailija lähestyy, se näyttää siirtyvän toiseen paikkaan. Syynä ilmiöön on orgaanisten jäämien hajoaminen ja suokaasun metaanin (CH 4) tai fosfiinin (PH 3) itsestään palaminen. Vaellusvalot ovat eri muotoisia, joskus jopa pallomaisia. Vihreä säde - smaragdinvihreän auringonvalon välähdys hetkellä, kun viimeinen auringonsäde katoaa horisontin alle. Auringonvalon punainen komponentti katoaa ensin, kaikki muut seuraavat järjestyksessä ja smaragdinvihreä jää viimeiseksi. Tämä ilmiö tapahtuu vain, kun vain aurinkolevyn reuna jää horisontin yläpuolelle, muuten värit ovat sekoittuneet. Crepuscular-säteet ovat hajaantuvia auringonvalosäteitä, jotka tulevat näkyviin, kun ne valaisevat pölyä korkeassa ilmakehässä. Pilvien varjot muodostavat tummia vyöhykkeitä ja säteet leviävät niiden väliin. Tämä vaikutus ilmenee, kun aurinko on matalalla horisontissa ennen aamunkoittoa tai auringonlaskun jälkeen.
