1. Optiset ilmiöt ilmakehässä olivat ensimmäiset optisia tehosteita joita ihmiset ovat havainneet. Näiden ilmiöiden luonteen ja ihmisen näön luonteen ymmärtämisen myötä valoongelman muodostuminen alkoi.

Kokonaismäärä ilmakehän optiset ilmiöt ovat erittäin suuria. Tässä vain eniten kuuluisia ilmiöitä – mirages, sateenkaaret, halot, kruunut, tuikkivat tähdet, sininen taivas ja helakanpunainen väri 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 taivaankappaleet(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 sitä maan ilmakehä sillä 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 .

Injektio γ , joka poikkeaa zeniittiin Z tähden näkyvä sijainti S 1 vs. todellinen asema S, nimeltään taitekulma. Keplerin aikaan taitekulmat tiedettiin jo tuloksista tähtitieteelliset havainnot joitain tähtiä. Niin tämä kaava Keplerillä oli tapana arvioida ilmakehän paksuutta 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 välisen rajan pisteestä, kuten Keplerin kaaviossa, vaan ne taipuvat vähitellen koko polun varrella. Tämä on samanlaista kuin kuinka valonsäde kulkee läpinäkyvien levyjen pinon 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 selvemmin sen näennäinen sijainti taivaalla nousee todelliseen paikkaan verrattuna (kuva 200). Siksi kuva tähtitaivas Maasta katsottuna on hieman epämuodostunut 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 pinnasta maapallo . Säteet 1 - 1, joiden ilmakehän puuttuessa tulisi 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 ilmiöitä tähtitieteellinen taittuminen ehdollinen 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 suurin osa säteilyä avaruuteen. Tämän seurauksena pintakerroksessa, kun se lähestyy maan pintaa, lämpötila laskee hyvin nopeasti ja nousee optinen tiheys ilmaa.

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, Tämä tapaus kaartaa kohti Maata ja menee katsojan silmään.

Ilmeisesti juuri tällainen mirage edustaa legendaarista " Lentävät hollantilaiset”- laivojen haamut, jotka ovat itse asiassa satojen ja 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. (yksi merimaili yhtä suuri kuin 1852 m). Pintailma ei ainoastaan ​​taivuta valonsäteitä, vaan myös fokusoi ne monimutkaisena optisena järjestelmänä.

AT normaaleissa olosuhteissa ilman lämpötila laskee korkeuden kasvaessa. Lämpötilan käänteistä kulkua, kun lämpötila nousee korkeuden kasvaessa, kutsutaan lämpötilan inversio. Lämpötilan inversioita voi tapahtua paitsi arktiset vyöhykkeet, mutta myös muilla, alemmilla leveysasteilla. Siksi ylivoimaisia ​​miraaseja voi tapahtua kaikkialla, missä ilma on riittävän puhdasta ja missä tapahtuu lämpötilan inversioita. Esimerkiksi rannikolla havaitaan joskus kaukonäön miraaseja Välimeri. Lämpötilan inversio syntyy täällä Saharan kuumasta ilmasta.

b. huonompi mirage tapahtuu kun käänteinen kurssi lämpötiloissa 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 säteen taipumiseen, mutta sisään kääntöpuoli(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). Tämä on 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 sopivat käänteinen järjestys, 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 palkkia ei näy), mutta vähemmistö heijastuu ja putoaa johonkin pisteeseen Kanssa. Astui ulos pisteessä Kanssa 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, Kanssa jne., tulee ulos samassa kulmassa, yhtä suuri kuin kulma syksy α .

Kulman löytämiseksi θ säteen taipuma minä 3 alkuperäisestä, on tarpeen summata poikkeamakulmat pisteissä MUTTA, AT ja Kanssa: q = (α – β) + (π – 2β) + (α - β) = π + 2α – 4β . (25.1)

Kätevämpi 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 pudotuksen akselilta, ensin kasvaa pitkin itseisarvo, klo y/R≈ 0,85 hyväksyy enimmäisarvo ja sitten alkaa 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= p– α – ε = p– α – (p– 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 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, Kanssa ovat samat, kerroin ρ kaikissa kohdissa MUTTA, AT, Kanssa 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 kirjon. Violetit säteet muodostavat sisäkartion, punaiset ulkokartion. Jos auringon valaisemat sadepisarat näkee tarkkailijan, 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 vaihtoehtoja Kuusikulmaisen prisman läpi kulkee kolme tärkeintä säteen kulkua (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 läpi sivukasvot ja prisman pohja. Taitekulma 90º, pienimmän poikkeaman kulma 46º. Kahdessa jälkimmäisessä tapauksessa valkoiset säteet jakautuvat, siniset säteet poikkeavat enemmän, punaiset vähemmän. Tapaukset (b) ja (c) aiheuttavat renkaiden ilmaantumisen, 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. klo suotuisat olosuhteet kun värit voidaan erottaa sisäosa renkaat punainen, ulko - sininen.

10. kruunuja- kirkkaat sumuiset renkaat tähden kiekon ympärillä. Niiden kulman säde on pienempi kuin säde halo ja ei 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.

Aamu- tai iltasaamuna - Auringon lähellä olevan taivaan osan väritys vaaleanpunainen väri- jääkiteiden valon diffraktiosironta ilmakehän yläosassa ja geometrinen heijastus kristalli valoa.

12. tuikkivat tähdet- Tämä nopea muutos tähtien loisto ja väri, erityisesti horisontin lähellä. Tähtien välkkyminen johtuu säteiden taittumisesta nopeasti juoksevissa ilmasuihkuissa, jotka eri tiheydistä johtuen ovat eri indikaattori taittuminen. 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.

Ilmakehän valon taittumisesta, heijastumisesta, sironnasta ja diffraktiosta johtuvat ilmiöt: niistä voidaan päätellä vastaavien ilmakehän kerrosten tilasta.

Näitä ovat taittuminen, miraasit, lukuisat haloilmiöt, sateenkaaret, kruunut, aamunkoitto ja hämäryys, taivaan sinisyys jne.

Kangastus(fr. mirage - lit. näkyvyys) - optinen ilmiö ilmakehässä: valovirtojen taittuminen tiheydeltään ja lämpötilaltaan jyrkästi erilaisten ilmakerrosten välisellä rajalla. Tarkkailijalle tällainen ilmiö muodostuu siitä, että todella näkyvän kaukana olevan kohteen (tai taivaan osan) ohella näkyy myös sen heijastus ilmakehässä.

Luokitus

Miraasit on jaettu alempaan, näkyvään kohteen alla, ylempään, näkyvään kohteen yläpuolelle ja sivuun.

huonompi mirage

Se havaitaan suurella pystysuoralla lämpötilagradientilla (sen putoaminen korkeuden kanssa) ylikuumenneen tasainen pinta, usein autiomaa tai päällystetty tie. Kuvitteellinen kuva taivaasta luo illuusion vedestä pinnalla. Joten tiellä, joka menee kaukaisuuteen kuumana kesäpäivänä, näkyy lätäkkö.

ylivoimainen mirage

Se havaitaan kylmän maanpinnan yläpuolella käänteisellä lämpötilajakaumalla (ilman lämpötila nousee korkeuden mukana).

Ylivertaiset miraasit ovat yleensä vähemmän yleisiä kuin huonommat miraasit, mutta ne ovat usein vakaampia, koska kylmä ilma ei taipumus liikkua ylöspäin ja lämmin taipumus liikkua alaspäin.

Ylivertaiset miraasit ovat yleisimpiä napa-alueilla, erityisesti suurilla litteillä jäälauvoilla, joiden lämpötila on vakaa. Tällaisia ​​olosuhteita voi esiintyä Grönlannin ja Islannin ympärillä. Ehkä tämän vaikutuksen vuoksi ns hillingar(islannista hillingar), Islannin ensimmäiset uudisasukkaat saivat tietää Grönlannin olemassaolosta.

Ylivoimaisia ​​mirageja havaitaan myös maltillisemmilla leveysasteilla, vaikkakin näissä tapauksissa ne ovat himmeämpiä, vähemmän erottuvia ja vakaita. Ylivoimainen mirage voi olla pysty- tai ylösalaisin etäisyydestä todelliseen kohteeseen ja lämpötilagradientin mukaan. Usein kuva näkyy pystysuorien ja käänteisten osien katkerana mosaiikkina.

Normaalikokoinen alus liikkuu horisontin takana. Ilmakehän erityistilassa sen heijastus horisontin yläpuolella näyttää jättimäiseltä.

Ylivertaisia ​​mirageja voi olla silmiinpistävä vaikutus maan kaarevuuden takia. Jos säteiden kaarevuus on suunnilleen sama kuin Maan kaarevuus, valonsäteet voivat kulkea pitkiä matkoja, jolloin tarkkailija näkee kohteita kaukana horisontin ulkopuolella. Tämä havaittiin ja dokumentoitiin ensimmäisen kerran vuonna 1596, kun Willem Barentsin komennossa ollut alus, joka etsi Koillisväylää, juuttui jäähän Novaja Zemljalla. Miehistö joutui odottamaan napayötä. Samaan aikaan auringonnousun jälkeen kaamos havaittiin kaksi viikkoa odotettua aikaisemmin. 1900-luvulla tämä ilmiö selitettiin ja sitä kutsuttiin "New Earth Effectiksi".

Samalla tavalla alukset, jotka ovat itse asiassa niin kaukana, että niiden ei pitäisi näkyä horisontin yläpuolella, voivat esiintyä horisontissa ja jopa horisontin yläpuolella ylivertaisina mirageina. Tämä saattaa selittää joitain tarinoita laivojen tai rannikkokaupunkien lennoista taivaalla, kuten jotkut napatutkijat ovat kuvanneet.

sivu mirage

Sivusuuntaiset miraasit voivat ilmetä heijastuksena kuumennetusta pelkästä seinästä. Kuvataan tapausta, jossa linnoituksen sileä betoniseinä yhtäkkiä loisti kuin peili heijastaen ympäröiviä esineitä. Kuumana päivänä nähtiin miraasia aina, kun seinä lämmitettiin riittävästi auringon säteiltä.

Fata Morgana

Miraasin monimutkaisia ​​ilmiöitä, joissa esineiden ulkonäkö on jyrkkä vääristynyt, kutsutaan Fata Morganaksi. Fata Morgana(itaali. fata morgana- keiju Morgana elää legendan mukaan merenpohja ja matkailijoiden pettäminen aavemaisilla näyillä) on harvinainen monimutkainen optinen ilmiö ilmakehässä, joka koostuu useista miraasien muodoista, joissa kaukaisia ​​esineitä nähdään toistuvasti ja erilaisin vääristymin.

Fata Morgana syntyy, kun ilmakehän alemmissa kerroksissa muodostuu useita vuorottelevia ilmakerroksia (yleensä lämpötilaeroista johtuen). eri tiheys pystyy antamaan peilin heijastuksia. Heijastumisen sekä säteiden taittumisen seurauksena todellisuudessa olemassa olevat tilat ne antavat useita vääristyneitä kuvia horisontissa tai sen yläpuolella, jotka ovat osittain päällekkäisiä ja muuttuvat nopeasti ajassa, mikä luo omituisen kuvan Fata Morganasta.

Volumetrinen mirage

Vuoristossa on hyvin harvinaista, tietyissä olosuhteissa voit nähdä "vääristyneen itsensä" melkoisesti lähietäisyys. Tämä ilmiö selittyy "pysyvän" vesihöyryn läsnäololla ilmassa.

Halo(toisesta kreikasta ἅλως - ympyrä, kiekko; myös aura, nimbus, halo) on optinen ilmiö, valonlähteen ympärillä oleva valorengas.

Ilmiön fysiikka

Halo näkyy yleensä auringon tai kuun ympärillä, joskus muiden voimakkaiden valonlähteiden, kuten katuvalojen, ympärillä. Haloja on monenlaisia ​​ja ne aiheutuvat pääasiassa 5-10 kilometrin korkeudessa troposfäärin yläosassa cirruspilvissä olevista jääkiteistä. Halon ulkonäkö riippuu kiteiden muodosta ja sijainnista. Jääkiteiden heijastuma ja taittama valo hajoaa usein spektriksi, mikä saa halon näyttämään sateenkaarelta. Parhelia ja zeniittikaari ovat kirkkaimmat ja värikkäimmät, kun taas pienen ja suuren halon tangentit ovat vähemmän kirkkaita. Pienessä 22-asteisessa halossa vain osa spektrin väreistä (punaisesta keltaiseen) on erotettavissa, loput näyttävät valkoisilta johtuen taittuneiden säteiden toistuvasta sekoittumisesta. Parhelinen ympyrä ja monet muut sädekehän kaaret ovat lähes aina valkoisia. Suuren 46 asteen halon mielenkiintoinen piirre on, että se on himmeä ja matalavärinen, kun taas ylemmässä tangenttikaarissa, joka melkein osuu sen kanssa matalalla Auringon korkeudella horisontin yläpuolella, on korostuneet irisoivat värit.

Hämärässä kuun halossa värit eivät näy silmälle, mikä liittyy hämäränäön erityispiirteisiin.

©2015-2019 sivusto
Kaikki oikeudet kuuluvat niiden tekijöille. Tämä sivusto ei vaadi tekijää, mutta tarjoaa ilmaisen käytön.
Sivun luomispäivämäärä: 2016-02-13

Ilmakehä on samea, optisesti epähomogeeninen väliaine. Optiset ilmiöt ovat seurausta valonsäteiden heijastumisesta, taittumisesta ja diffraktiosta ilmakehässä.

Ilmiön syistä riippuen kaikki optiset ilmiöt jaetaan neljään ryhmään:

1) ilmakehän valon sironnan aiheuttamat ilmiöt (hämärä, aamunkoitto);

2) ilmiöt, jotka johtuvat valonsäteiden taittumisesta ilmakehässä (taittuminen) - mirages, tähtien välähdys jne.;

3) ilmiöt, jotka johtuvat valonsäteiden taittumisesta ja heijastumisesta pilvien pisaroihin ja kiteisiin (sateenkaari, halo);

4) ilmiöt, jotka johtuvat valon diffraktiosta pilvissä ja sumussa - kruunut, gloria.

Pöly joka johtuu auringonvalon leviämisestä ilmakehään. Hämärä on siirtymäaika päivästä yöhön (iltahämärä) ja yöstä päivään (aamuhämärä). Iltahämärä alkaa auringonlaskun hetkestä täydelliseen pimeyteen asti, aamuhämärä - päinvastoin.

Hämärän kesto määräytyy Auringon näennäisen päivittäisen liikkeen suunnan ja horisontin välisen kulman perusteella; siis hämärän kesto riippuu maantieteellisestä leveysasteesta: mitä lähempänä päiväntasaajaa, sitä lyhyempi hämärä.

Hämärässä on kolme jaksoa:

1) siviili hämärä (Auringon upotus horisontin alle ei ylitä 6 o) - valo;

2) navigointi (Auringon upottaminen horisontin alle 12 o asti) - näkyvyysolosuhteet ovat huomattavasti huonontuneet;

3) tähtitieteelliset (auringon upottaminen horisontin alle 18 asteeseen asti) - maanpinta on jo pimeää, mutta aamunkoitto näkyy edelleen taivaalla.

Aamunkoitto - joukko värikkäitä valoilmiöitä ilmakehässä, joka havaitaan ennen auringonnousua tai auringonlaskun aikaan. Aamunkoiton värien vaihtelu riippuu Auringon sijainnista horisontissa ja ilmakehän tilasta.

Taivaanvahvuuden väri määräytyy hajallaan näkyvien auringon säteiden perusteella. Puhtaassa ja kuivassa ilmakehässä valon sironta tapahtuu Rayleighin lain mukaan. Siniset säteet siroavat noin 16 kertaa enemmän kuin punaiset, joten taivaan väri (hajallaan oleva auringonvalo) on sininen (sininen) ja Auringon ja sen säteiden väri lähellä horisonttia on punainen, koska. Tässä tapauksessa valo kulkee pidemmän matkan ilmakehässä.

Ilmakehän suuret hiukkaset (pisarat, pölyhiukkaset jne.) hajottavat valoa neutraalisti, joten pilvet ja sumu ovat valkoisia. Korkealla kosteudella, pölyisyydellä koko taivas ei muutu siniseksi, vaan valkeaksi. Siksi taivaan sinisyysasteen perusteella voidaan arvioida ilman puhtautta ja ilmamassojen luonnetta.

ilmakehän taittuminen - valonsäteiden taittumiseen liittyvät ilmakehän ilmiöt. Taittuminen johtuu: tähtien välkkymisestä, Auringon ja Kuun näkyvän kiekon litistymisestä lähellä horisonttia, päivän pituuden pidentymisestä useilla minuutteilla sekä mirageista. Mirage on näkyvä kuvitteellinen kuva horisontissa, horisontin yläpuolella tai horisontin alapuolella, joka johtuu ilmakerrosten tiheyden jyrkästä rikkomisesta. On olemassa huonompia, parempia, lateraalisia mirageja. Liikkuvia mirageja - "Fata Morgana" - havaitaan harvoin.

Sateenkaari - tämä on valokaari, joka on maalattu kaikissa spektrin väreissä auringon valaiseman pilven taustalla, josta sadepisarat putoavat. Kaaren ulkoreuna on punainen, sisäreuna violetti. Jos Aurinko on matalalla horisontissa, näemme vain puolet ympyrästä. Kun aurinko on korkealla, kaari pienenee, koska. ympyrän keskipiste putoaa horisontin alapuolelle. Auringon korkeudella yli 42 astetta sateenkaari ei ole näkyvissä. Lentokoneesta voit tarkkailla lähes täyden ympyrän sateenkaaren.

Sateenkaari muodostuu taittumisesta ja heijastuksesta auringonsäteet vesipisaroissa. Sateenkaaren kirkkaus ja leveys riippuvat pisaroiden koosta. Suuret pisarat antavat pienemmän mutta kirkkaamman sateenkaaren. Pienillä pisaroilla se on melkein valkoinen.

Halo - nämä ovat ympyröitä tai kaaria Auringon ja Kuun ympärillä, jotka syntyvät ylemmän tason jääpilvistä (useimmiten cirrostratusissa).

kruunuja - vaaleat, hieman värilliset renkaat Auringon ja Kuun ympärillä, jotka syntyvät ylemmän ja keskitason vesi- ja jääpilviin valon diffraktiosta johtuen.

Ihminen kohtaa jatkuvasti valoilmiöitä. Kaikkea, mikä liittyy valon esiintymiseen, sen etenemiseen ja vuorovaikutukseen aineen kanssa, kutsutaan valoilmiöiksi. Eläviä esimerkkejä optisista ilmiöistä voivat olla: sateenkaari sateen jälkeen, salama ukkosmyrskyn aikana, tähtien välähdys yötaivaalla, valon leikki vesivirrassa, valtameren ja taivaan vaihtelevuus ja monet muut.

Opiskelijat saavat tieteellisen selityksen fysikaalisista ilmiöistä ja optisia esimerkkejä 7. luokalla, kun he alkavat opiskella fysiikkaa. Optiikka on monille koulun fysiikan opetussuunnitelman kiehtovin ja salaperäisin osa.

Mitä ihminen näkee?

Ihmisen silmät on suunniteltu siten, että hän voi havaita vain sateenkaaren värejä. Nykyään tiedetään jo, että sateenkaaren spektri ei rajoitu punaiseen toiselta puolelta ja violettiin toiselta puolelta. Takana menee punaiseksi infrapuna, violetin takana ultravioletti. Monet eläimet ja hyönteiset pystyvät näkemään nämä värit, mutta valitettavasti ihmiset eivät. Mutta toisaalta henkilö voi luoda laitteita, jotka vastaanottavat ja lähettävät sopivan pituisia valoaaltoja.

säteiden taittuminen

Näkyvä valo on sateenkaari värejä ja valoa valkoinen väri, esimerkiksi aurinkoinen, on yksinkertainen yhdistelmä näitä värejä. Jos asetat prisman kirkkaan valkoisen valonsäteeseen, se hajoaa väreiksi tai aalloksi. eri pituuksia, josta se koostuu. Ensin tulee punainen pisin aallonpituus, sitten oranssi, keltainen, vihreä, sininen ja lopuksi violetti, jolla on lyhin aallonpituus näkyvässä valossa.

Jos otat toisen prisman vangitaksesi sateenkaaren valon ja käännät sen ylösalaisin, se yhdistää kaikki värit valkoiseksi. Fysiikassa on monia esimerkkejä optisista ilmiöistä, tarkastellaanpa joitain niistä.

Miksi taivas on sininen?

Nuoret vanhemmat ovat usein hämmentyneitä yksinkertaisimmista, ensi silmäyksellä kysymyksistä pienistä syistä. Joskus niihin on vaikeinta vastata. Lähes kaikki esimerkit luonnon optisista ilmiöistä voidaan selittää nykytieteen avulla.

Päivän aikana taivasta valaiseva auringonvalo on valkoista, mikä tarkoittaa, että teoriassa taivaan tulisi olla myös kirkkaan valkoista. Jotta se näyttäisi siniseltä, tarvitaan joitain valon kanssa tapahtuvia prosesseja sen kulkiessa maan ilmakehän läpi. Näin tapahtuu: osa valosta kulkee ilmakehän kaasumolekyylien välisen vapaan tilan läpi saavuttaen maan pinnan ja pysyen samana valkoisena kuin matkan alussa. Mutta auringonvalo kohtaa kaasumolekyylejä, jotka, kuten happi, imeytyvät ja leviävät sitten kaikkiin suuntiin.

Kaasumolekyylien atomit aktivoituvat absorboituneen valon vaikutuksesta ja taas lähettävät valon fotoneja aaltoina eri pituuksia- punaisesta violettiin. Näin ollen osa valosta menee maahan, loput takaisin aurinkoon. Säteilevän valon kirkkaus riippuu väristä. Jokaista punaisen fotonia kohti vapautuu kahdeksan fotonia sinistä valoa. Siksi sininen valo on kahdeksan kertaa kirkkaampi kuin punainen. Voimakasta sinistä valoa säteilee kaikista suunnista miljardeista kaasumolekyyleistä ja se saavuttaa silmämme.

värikäs kaari

Muinoin ihmiset luulivat, että sateenkaaret olivat jumalien heille lähettämiä merkkejä. Todellakin, kauniit moniväriset nauhat ilmestyvät aina taivaalle tyhjästä ja katoavat sitten yhtä mystisesti. Nykyään tiedämme, että sateenkaari on yksi esimerkkeistä fysiikan optisista ilmiöistä, mutta emme lakkaa ihailemasta sitä joka kerta, kun näemme sen taivaalla. Mielenkiintoista on, että jokainen havainnoija näkee omanlaisensa sateenkaaren, jonka luovat hänen takaansa tulevat valonsäteet ja hänen edessään olevat sadepisarat.

Mistä sateenkaaret on tehty?

Luonnon optisten ilmiöiden resepti on yksinkertainen: vesipisarat ilmassa, valo ja tarkkailija. Mutta ei riitä, että aurinko tulee esiin sateen aikana. Sen tulisi olla matala, ja tarkkailijan tulee seistä niin, että aurinko on hänen takanaan, ja katsoa paikkaa, jossa sataa tai vain sataa.

Kaukaisesta avaruudesta tuleva auringonsäde ohittaa sadepisaran. Prisman tavoin sadepisara taittaa kaikki valkoiseen valoon piilotetut värit. Siis milloin valkoinen säde kulkee sadepisaran läpi, se halkeaa yhtäkkiä kauniiksi monivärisiksi säteiksi. Pisaran sisällä ne osuvat pisaran sisäseinään, joka toimii kuin peili, ja säteet heijastuvat samaan suuntaan, josta ne tulivat pisaraan.

Lopputuloksena on taivaan poikki kaareutuva värisateenkaari – valo taivutettuna ja heijastuu miljoonista pienistä sadepisaroista. Ne voivat toimia kuin pieniä prismoja jakaen valkoisen valon väreihin. Mutta sateen ei aina tarvita sateenkaaren näkemiseen. Valoa voivat taittaa myös sumu tai merestä tulevat höyryt.

Minkä värinen vesi on?

Vastaus on ilmeinen - vedellä on sininen väri. Jos kaadat puhdasta vettä lasiin, kaikki näkevät sen läpinäkyvyyden. Tämä johtuu siitä, että lasissa on liian vähän vettä ja sen väri on liian vaalea nähdäkseen sitä.

Kun täytät suuren lasisäiliön, näet veden luonnollisen sinisen sävyn. Sen väri riippuu siitä, kuinka vesimolekyylit absorboivat tai heijastavat valoa. valkoinen valo Se koostuu värien sateenkaaresta, ja vesimolekyylit imevät suurimman osan niiden läpi kulkevista punaisista vihreisiin väreihin. Ja sininen osa heijastuu takaisin. Joten näemme sinistä.

Auringonnousut ja -laskut

Nämä ovat myös esimerkkejä optisista ilmiöistä, joita ihminen havaitsee päivittäin. Kun aurinko nousee ja laskee, se suuntaa säteensä kulmassa siihen kohtaan, missä tarkkailija on. Niiden polku on pidempi kuin silloin, kun aurinko on zeniitissään.

Maan pinnan yläpuolella olevat ilmakerrokset sisältävät usein paljon pölyä tai mikroskooppisia kosteushiukkasia. Auringon säteet kulkevat kulmassa pintaan nähden ja suodattuvat. Punaisilla säteillä on pisin säteilyn aallonpituus, ja siksi ne pääsevät maahan helpommin kuin siniset säteet, joilla on lyhyitä aaltoja, jotka pöly- ja vesihiukkaset lyövät pois. Siksi aamun ja illan sarastaessa ihminen havaitsee vain osan auringonsäteistä, jotka saavuttavat maan, nimittäin punaisia.

planeetan valoshow

Tyypillinen aurora on monivärinen revontulia yötaivaalla, joka voidaan havaita joka yö pohjoisnavalla. Oudoissa muodoissa vaihtavat valtavat sinivihreät valojuovat, joissa on oranssia ja punaista täplää, ulottuvat joskus yli 160 km:n leveyteen ja voivat ulottua 1600 km:n pituudeksi.

Kuinka selittää tämä optinen ilmiö, joka on niin henkeäsalpaava näky? Revontulia esiintyy maan päällä, mutta ne johtuvat kaukaisessa Auringossa tapahtuvista prosesseista.

Miten kaikki sujuu?

Aurinko on valtava kaasupallo, joka koostuu pääasiassa vety- ja heliumatomeista. Niissä kaikissa on positiivisesti varattuja protoneja ja niiden ympärillä pyöriviä elektroneja negatiivinen varaus. Kuuman kaasun halo leviää jatkuvasti avaruuteen muodossa aurinkotuuli. Tämä lukematon määrä protoneja ja elektroneja ryntää nopeudella 1000 km sekunnissa.

Kun aurinkotuulen hiukkaset saavuttavat maan, niitä vetää puoleensa voimakas magneettikenttä planeetat. Maa on jättimäinen magneetti, jolla on magneettiviivat, jotka yhtyvät pohjoisessa ja etelänavat. Houkuttelevat hiukkaset virtaavat näitä näkymättömiä linjoja pitkin napojen lähellä ja törmäävät typpi- ja happiatomiin, jotka muodostavat maan ilmakehän.

Jotkut maapallon atomeista menettävät elektronejaan, toiset varautuvat uutta energiaa. Törmättyään Auringon protonien ja elektronien kanssa ne lähettävät valon fotoneja. Esimerkiksi elektroneja menettänyt typpi vetää puoleensa violettia ja sinistä valoa, kun taas varautunut typpi loistaa tummanpunaisena. Ladattu happi antaa vihreää ja punaista valoa. Siten varautuneet hiukkaset saavat ilman hohtamaan monilla väreillä. Tämä on aurora borealis.

Miraasit

Pitäisi heti todeta, että miraasit eivät ole ihmisen mielikuvituksen tuotetta, niitä voidaan jopa valokuvata, ne ovat melkein mystisiä esimerkkejä optisista fysikaalisista ilmiöistä.

Miraasien havainnoinnista on paljon todisteita, mutta tiede voi antaa tieteellisen selityksen tälle ihmeelle. Ne voivat olla yksinkertaisia ​​kuin vesipala kuuman hiekan keskellä, tai ne voivat olla hämmästyttävän monimutkaisia, ja ne voivat rakentaa visioita pilarilinnoista tai fregateista. Kaikki nämä esimerkit optisista ilmiöistä syntyvät valon ja ilman leikin avulla.

Valoaallot taipuvat kulkiessaan ensin lämpimän, sitten kylmän ilman läpi. Kuuma ilma on harvinaisempaa kuin kylmä ilma, joten sen molekyylit ovat aktiivisempia ja hajaantuvat pitemmälle. Kun lämpötila laskee, myös molekyylien liike vähenee.

Maan ilmakehän linssien läpi näkyvät visiot voivat muuttua voimakkaasti, puristua, laajentua tai kääntyä ylösalaisin. Tämä johtuu siitä, että valonsäteet taipuvat kulkiessaan lämpimän ja sitten kylmän ilman läpi ja päinvastoin. Ja ne kuvat, joita valovirta kantaa mukanaan, esimerkiksi taivas, voivat heijastua kuumalle hiekalle ja tuntua vesipalalta, joka aina siirtyy pois lähestyttäessä.

Useimmiten mirageja voidaan havaita suurilta etäisyyksiltä: aavikoissa, merissä ja valtamerissä, joissa kuumat ja kylmät ilmakerrokset eri tiheys. Se on kulku eri lämpötilakerrosten läpi, jotka voivat kiertyä valoaalto ja päätyvät visioon, joka on heijastus jostakin ja jonka fantasia esittää todellisena ilmiönä.

Halo

Useimmille paljaalla silmällä nähtävissä optisissa illuusioissa selitys on auringonsäteiden taittuminen ilmakehässä. Yksi epätavallisimmista esimerkeistä optisista ilmiöistä on aurinko halo. Periaatteessa halo on sateenkaari auringon ympärillä. Se eroaa kuitenkin tavallisesta sateenkaaresta sekä ulkonäöltään että ominaisuuksiltaan.

Tällä ilmiöllä on monia lajikkeita, joista jokainen on kaunis omalla tavallaan. Mutta kaikenlaisen tämän esiintymisen vuoksi optinen illuusio tietyt ehdot vaaditaan.

Taivaalla syntyy sädekehä, kun useat tekijät kohtaavat. Useimmiten se voidaan nähdä pakkasella, jossa on korkea kosteus. Ilmassa on suuri määrä jääkiteitä. Niiden läpi murtautuessaan auringonvalo taittuu siten, että se muodostaa kaaren Auringon ympärille.

Ja vaikka moderni tiede selittää helposti kolme viimeistä esimerkkiä optisista ilmiöistä, tavalliselle tarkkailijalle ne jäävät usein mysteeriksi ja mysteeriksi.

Optisten ilmiöiden tärkeimpiä esimerkkejä tarkasteltuaan voidaan turvallisesti olettaa, että monet niistä selittyvät nykytieteen avulla, huolimatta niiden mystisyydestä ja mysteeristä. Mutta tiedemiehillä on vielä paljon löytöjä, vihjeitä edessä. mystisiä ilmiöitä jotka tapahtuvat maapallolla ja sen ulkopuolella.

Lyseum Petru Movila

Kurssityöt fysiikassa aiheesta:

Optiset ilmakehän ilmiöt

11A luokan opiskelijan työ

Bolyubash Irina

Chişinău 2006 -

Suunnitelma:

1. Johdanto

a) Mikä on optiikka?

b) Optiikan tyypit

2. Maan ilmakehä optisena järjestelmänä

3. aurinkoinen auringonlasku

a) taivaan värin muutos

b) auringonsäteet

sisään) Auringonlaskujen ainutlaatuisuus

4. Sateenkaari

a) sateenkaaren muodostuminen

b) Erilaisia ​​sateenkaareja

5. revontulia

a) Revontulien tyypit

b) Aurinkotuuli revontulien aiheuttajana

6. Halo

a) valoa ja jäätä

b) Prisman kristalleja

7. Kangastus

a) Selitys alemmalle ("järvi") miragelle

b) ylivoimaisia ​​mirageja

sisään) Kaksinkertaiset ja kolminkertaiset miraasit

G) Ultrapitkän näön mirage

e) Legenda Alpeista

e) Taikauskoiden paraati

8. Muutamia optisten ilmiöiden mysteereitä

Johdanto

Mikä on optiikka?

Muinaisten tiedemiesten ensimmäiset ajatukset valosta olivat hyvin naiiveja. Uskottiin, että erityisiä ohuita lonkeroita tulee silmistä ja visuaalisia vaikutelmia syntyy, kun he tuntevat esineitä. Tuolloin optiikka ymmärrettiin näön tieteeksi. Tämä on sanan "optiikka" tarkka merkitys. Keskiajalla optiikka muuttui vähitellen näkötieteestä valotieteeksi. Tätä helpotti objektiivien ja camera obscuran keksiminen. Optiikka on nykyajan fysiikan haara, joka tutkii valon emissiota, sen etenemistä eri väliaineissa ja vuorovaikutusta aineen kanssa. Mitä tulee näköön, silmän rakenteeseen ja toimintaan liittyvissä asioissa, ne erottuivat joukosta tieteellinen suunta kutsutaan fysiologiseksi optiikaksi.

termi "optiikka" moderni tiede, on monipuolinen. Näitä ovat ilmakehän optiikka ja molekyylioptiikka ja elektronioptiikka ja neutronioptiikka ja epälineaarinen optiikka ja holografia ja radiooptiikka ja pikosekundioptiikka ja adaptiivinen optiikka ja monet muut ilmiöt ja menetelmät tieteellinen tutkimus liittyy läheisesti optisiin ilmiöihin.

Suurin osa luetelluista optiikkatyypeistä on fyysisenä ilmiönä havainnoitavissamme vain erityisiä teknisiä laitteita käytettäessä. Se voi olla laserjärjestelmät, röntgensäteilijät, radioteleskoopit, plasmageneraattorit ja monet muut. Mutta saavutettavimmat ja samalla värikkäimmät optiset ilmiöt ovat ilmakehän. Valtavan mittakaavan ne ovat valon ja maan ilmakehän vuorovaikutuksen tulos.

Maan ilmakehä optisena järjestelmänä

Planeettamme on ympäröity kaasukuori jota kutsumme ilmakehäksi. Sen tiheys maanpinnalla on suurin ja se harvenee vähitellen noustessa ja saavuttaa yli sadan kilometrin paksuuden. Eikä se ole jäässä kaasumainen ympäristö identtisten fyysisten tietojen kanssa. Päinvastoin, maan ilmakehä on jatkuvassa liikkeessä. Vaikutuksen alaisena erilaisia ​​tekijöitä, sen kerrokset sekoittuvat, muuttavat tiheyttä, lämpötilaa, läpinäkyvyyttä, liikkuvat pitkiä matkoja eri nopeuksilla.

Auringosta tai muista taivaankappaleista tuleville valonsäteille maan ilmakehä on eräänlainen optinen järjestelmä, jonka parametrit muuttuvat jatkuvasti. Niiden tiellä ollessaan se heijastaa osan valosta, hajottaa sen, kulkee sen läpi ilmakehän koko paksuuden, valaisee maan pintaa tietyissä olosuhteissa, hajottaa sen komponenteiksi ja taivuttaa säteiden polkua aiheuttaen siten erilaisia ​​ilmakehän ilmiöitä. Epätavallisimmat värikkäät ovat auringonlasku, sateenkaari, Revontulet, mirage, aurinko ja kuun halo.

aurinkoinen auringonlasku

Yksinkertaisin ja helpoin havaittavissa oleva ilmakehän ilmiö on meidän auringonlasku taivaankappale- Aurinko. Poikkeuksellisen värikäs, se ei koskaan toista itseään. Ja kuva taivaasta ja sen muutoksesta auringonlaskun prosessissa on niin kirkas, että se herättää ihailua jokaisessa ihmisessä.

Lähestyessään horisonttia aurinko ei vain menetä kirkkauttaan, vaan alkaa myös vähitellen muuttaa väriään - lyhyen aallonpituuden osa (punaiset värit) vaimenee yhä enemmän spektrissään. Samaan aikaan taivas alkaa värjäytyä. Auringon läheisyydessä se saa kellertäviä ja oransseja sävyjä, ja horisontin antisolaarisen osan yläpuolelle ilmestyy vaalea raita, jolla on heikosti ilmaistu värivalikoima.

Auringonlaskun aikaan, joka on jo saanut tummanpunaisen värin, aurinkohorisonttia pitkin ulottuu kirkas aamunkoittonauha, jonka väri muuttuu alhaalta ylös oranssinkeltaisesta vihertävän siniseksi. Sen päälle leviää pyöreä, kirkas, lähes väritön säteily. Samanaikaisesti vastakkaisella horisontilla maan varjon siniharmaa hämärä segmentti alkaa hitaasti nousta vaaleanpunaisen vyön reunustamana. ("Venuksen vyö").

Auringon vajoaessa syvemmälle horisontin alle ilmaantuu nopeasti leviävä vaaleanpunainen täplä - ns. "violetti valo" saavuttaa suurin kehitys Auringon syvyydessä horisontin alla noin 4-5 astetta. Pilviä ja vuorenhuippuja tulvii helakanpunaiset ja violetit sävyt, ja jos pilviä tai korkeat vuoret ovat horisontin takana, niiden varjot ulottuvat ympäriinsä aurinkoinen puoli taivaalle ja tulla kylläisemmiksi. Lähellä horisonttia taivas muuttuu punaiseksi, ja kirkkaanvärisen taivaan poikki valonsäteet ulottuvat horisontista horisonttiin selkeiden säteittäisten raitojen muodossa. ("Buddhan säteet"). Samaan aikaan Maan varjo liikkuu nopeasti taivaalle, sen ääriviivat hämärtyvät ja vaaleanpunainen raja on tuskin havaittavissa. Pikkuhiljaa violetti valo haalistuu, pilvet tummuvat, niiden siluetit erottuvat selvästi häipyvän taivaan taustalla, ja vain horisontissa, johon aurinko on piiloutunut, on säilynyt kirkas monivärinen aamunkoitto. Mutta se myös vähitellen kutistuu ja vaalenee ja muuttuu tähtitieteellisen hämärän alkaessa vihertävän-valkoiseksi kapeaksi kaistaleeksi. Lopulta hän katoaa - yö tulee.

Kuvattua kuvaa tulee pitää vain kirkkaalle säälle tyypillisenä. Itse asiassa auringonlaskun luonne vaihtelee suuresti. Lisääntyneen ilman sameuden myötä aamunkoiton värit yleensä haalistuvat, varsinkin lähellä horisonttia, jossa punaisten ja oranssien sävyjen sijaan esiintyy joskus vain haalea ruskea väri. Melko usein samanaikaiset hehkuilmiöt kehittyvät eri tavalla eri puolilla taivasta. Jokaisella auringonlaskulla on ainutlaatuinen persoonallisuus, ja tätä tulee pitää yhtenä niiden tyypillisimmistä piirteistä.

Auringonlaskun äärimmäinen yksilöllisyys ja siihen liittyvien optisten ilmiöiden monimuotoisuus riippuvat ilmakehän erilaisista optisista ominaisuuksista - ensisijaisesti sen vaimennus- ja sirontakertoimista, jotka ilmenevät eri tavalla riippuen Auringon zeniittietäisyydestä, havainnointisuunnasta ja tarkkailijan korkeus.

Sateenkaari

Rainbow on kaunis taivaallinen ilmiö on aina herättänyt ihmisten huomion. AT vanhat ajat, kun ihmiset tiesivät vielä vähän ympäröivästä maailmasta, sateenkaari pidettiin "taivaallisena merkkinä". Joten muinaiset kreikkalaiset ajattelivat, että sateenkaari on jumalatar Iridan hymy.

Sateenkaari havaitaan Aurinkoa vastakkaisessa suunnassa, sadepilvien tai sateen taustalla. Monivärinen kaari sijaitsee yleensä 1-2 km:n etäisyydellä tarkkailijasta, ja joskus se voidaan havaita 2-3 metrin etäisyydellä suihkulähteiden tai vesisuihkujen muodostamien vesipisaroiden taustalla.

Sateenkaaren keskipiste on Auringon ja tarkkailijan silmän yhdistävän suoran jatkossa - anti-auringon linjalla. Pääsateenkaaren suunnan ja aurinkosuojaviivan välinen kulma on 41º - 42º

Auringonnousun aikaan antisolaaripiste on horisonttiviivalla ja sateenkaari näyttää puoliympyrältä. Auringon noustessa antisolaaripiste putoaa horisontin alapuolelle ja sateenkaaren koko pienenee. Se on vain osa ympyrää.

Usein on toissijainen sateenkaari, samankeskinen ensimmäisen kanssa, jonka kulmasäde on noin 52º ja värien käänteinen järjestely.

Pääsateenkaari muodostuu valon heijastuksesta vesipisaroissa. Toissijainen sateenkaari muodostuu valon kaksinkertaisen heijastuksen seurauksena jokaisen pisaran sisällä. Tässä tapauksessa valonsäteet poistuvat pisarasta eri kulmissa kuin ne, jotka tuottavat pääsateenkaaren, ja toissijaisen sateenkaaren värit ovat käänteisessä järjestyksessä.

Säteiden polku vesipisarassa: a - yhdellä heijastuksella, b - kahdella heijastuksella

Auringon korkeudella 41º pääsateenkaari lakkaa olemasta näkyvissä ja vain osa toissijaisesta sateenkaaresta näkyy horisontin yläpuolella, ja yli 52º Auringon korkeudella toissijainen sateenkaari ei myöskään ole näkyvissä. Siksi tätä luonnonilmiötä ei havaita koskaan keskipäivän päiväntasaajan leveysasteilla lähellä keskipäivää.

Sateenkaaressa on seitsemän pääväriä, jotka siirtyvät sujuvasti yhdestä toiseen. Kaaren muoto, värien kirkkaus, raitojen leveys riippuvat vesipisaroiden koosta ja lukumäärästä. Suuret pisarat luovat kapeamman sateenkaaren, terävästi näkyvät värit, pienet pisarat luovat kaaren, joka on epäselvä, haalistunut ja jopa valkoinen. Siksi kirkas kapea sateenkaari näkyy kesällä ukkosmyrskyn jälkeen, jonka aikana putoaa suuria pisaroita.