1. Fenomena optik di atmosfer adalah efek optik pertama yang diamati oleh manusia. Dengan pemahaman tentang sifat dari fenomena ini dan sifat penglihatan manusia, pembentukan masalah cahaya dimulai.
Jumlah total fenomena optik di atmosfer sangat besar. Hanya fenomena paling terkenal yang akan dipertimbangkan di sini - fatamorgana, pelangi, lingkaran cahaya, mahkota, bintang berkelap-kelip, langit biru, dan fajar merah. Pembentukan efek ini dikaitkan dengan sifat-sifat cahaya seperti pembiasan pada antarmuka antara media, interferensi dan difraksi.
2. pembiasan atmosfer – adalah kelengkungan sinar cahaya saat melewati atmosfer planet. Tergantung pada sumber sinar, ada: astronomi dan terestrial pembiasan. Dalam kasus pertama, sinar berasal dari benda langit (bintang, planet), dalam kasus kedua, dari objek terestrial. Sebagai hasil dari pembiasan atmosfer, pengamat melihat suatu objek tidak pada tempatnya, atau tidak dalam bentuk yang dimilikinya.
3. Refraksi astronomi sudah dikenal pada zaman Ptolemy (abad ke-2 M). Pada tahun 1604, I. Kepler menyatakan bahwa atmosfer bumi memiliki kerapatan yang tidak bergantung pada ketinggian dan ketebalan tertentu h(Gbr. 199). Ray 1 datang dari bintang S langsung ke pengamat A dalam garis lurus, tidak akan jatuh ke matanya. Dibiaskan pada batas ruang hampa dan atmosfer, itu akan mencapai titik PADA.
Sinar 2 akan mengenai mata pengamat, yang jika tidak ada pembiasan di atmosfer, harus melewatinya. Akibat pembiasan (refraksi), pengamat akan melihat bintang tidak pada arahnya S, tetapi pada kelanjutan sinar yang dibiaskan di atmosfer, yaitu ke arah S 1 .
Injeksi γ , yang menyimpang ke zenit Z posisi bintang yang jelas S 1 dibandingkan dengan posisi sebenarnya S, ditelepon sudut bias. Pada zaman Kepler, sudut bias sudah diketahui dari hasil pengamatan astronomis beberapa bintang. Oleh karena itu, Kepler menggunakan skema ini untuk memperkirakan ketebalan atmosfer h. Menurut perhitungannya, h» 4 km. Jika kita menghitung massa atmosfer, maka ini kira-kira setengah dari nilai sebenarnya.
Faktanya, kepadatan atmosfer bumi berkurang dengan ketinggian. Oleh karena itu, lapisan udara yang lebih rendah secara optikal lebih padat daripada yang atas. Sinar cahaya yang merambat miring ke Bumi tidak dibiaskan pada satu titik batas antara vakum dan atmosfer, seperti dalam diagram Kepler, tetapi dibelokkan secara bertahap di sepanjang lintasan. Ini mirip dengan bagaimana seberkas cahaya melewati tumpukan pelat transparan, yang indeks biasnya lebih besar, semakin rendah pelatnya. Namun, efek total refraksi memanifestasikan dirinya dengan cara yang sama seperti dalam skema Kepler. Kami mencatat dua fenomena karena pembiasan astronomi.
sebuah. Posisi benda langit yang tampak bergeser ke arah zenith terhadap sudut bias γ
. Semakin rendah bintang ke cakrawala, semakin terlihat posisinya di langit naik dibandingkan dengan yang sebenarnya (Gbr. 200). Oleh karena itu, gambar langit berbintang, yang diamati dari Bumi, agak berubah bentuk ke arah pusat. Hanya titik yang tidak bergerak S terletak di zenith. Karena pembiasan atmosfer, bintang-bintang yang sedikit di bawah garis cakrawala geometris dapat diamati.
Nilai sudut refraksi γ menurun dengan cepat seiring dengan bertambahnya sudut. β ketinggian termasyhur di atas cakrawala. Pada β = 0 γ = 35" . Ini adalah sudut bias maksimum. Pada β = 5º γ = 10" , pada β = 15 γ = 3" , pada β = 30 γ = 1" . Untuk tokoh-tokoh yang tingginya β > 30º, pergeseran bias γ < 1" .
b. Matahari menyinari lebih dari setengah permukaan bumi.. Sinar 1 - 1, yang tanpa adanya atmosfer harus menyentuh Bumi pada titik-titik bagian diametris DD, berkat atmosfer, mereka menyentuhnya sedikit lebih awal (Gbr. 201).
Permukaan bumi disentuh oleh sinar 2 - 2, yang akan lewat tanpa atmosfer. Akibatnya, garis terminator BB, memisahkan cahaya dari bayangan, bergeser ke wilayah belahan bumi malam. Oleh karena itu, luas permukaan siang hari di Bumi lebih besar daripada luas malam hari.
4. pembiasan bumi. Jika fenomena pembiasan astronomi terjadi efek bias global atmosfer, maka fenomena pembiasan terestrial adalah karena perubahan atmosfer lokal biasanya berhubungan dengan anomali suhu. Manifestasi paling luar biasa dari pembiasan terestrial adalah fatamorgana.
sebuah. fatamorgana superior(dari fr. fatamorgana). Biasanya diamati di daerah Arktik dengan udara jernih dan suhu permukaan rendah. Pendinginan permukaan yang kuat di sini tidak hanya disebabkan oleh posisi matahari yang rendah di atas cakrawala, tetapi juga karena permukaan yang tertutup salju atau es memantulkan sebagian besar radiasi ke luar angkasa. Akibatnya, di lapisan permukaan, saat mendekati permukaan bumi, suhu menurun sangat cepat dan kerapatan optik udara meningkat.
Kelengkungan sinar ke arah Bumi kadang-kadang begitu signifikan sehingga objek yang diamati berada jauh di luar garis cakrawala geometris. Balok 2 pada Gambar 202, yang dalam atmosfer biasa akan masuk ke lapisan atasnya, dalam hal ini ditekuk ke arah Bumi dan masuk ke mata pengamat.
Rupanya, fatamorgana seperti itu adalah "Flying Dutchmen" yang legendaris - hantu kapal yang sebenarnya ratusan atau bahkan ribuan kilometer jauhnya. Apa yang mengejutkan dalam fatamorgana superior adalah bahwa tidak ada penurunan nyata dalam ukuran tubuh yang tampak.
Misalnya, pada tahun 1898, awak kapal Bremen "Matador" mengamati sebuah kapal hantu, yang dimensi nyatanya sesuai dengan jarak 3-5 mil. Bahkan, ternyata belakangan, kapal ini saat itu berada pada jarak sekitar seribu mil. (1 mil laut sama dengan 1852 m). Udara permukaan tidak hanya membelokkan sinar cahaya, tetapi juga memfokuskannya sebagai sistem optik yang kompleks.
Dalam kondisi normal, suhu udara menurun dengan meningkatnya ketinggian. Kebalikan dari suhu, ketika suhu naik dengan meningkatnya ketinggian, disebut inversi suhu. Pembalikan suhu dapat terjadi tidak hanya di zona Arktik, tetapi juga di tempat lintang rendah lainnya. Oleh karena itu, fatamorgana superior dapat terjadi di mana pun udaranya cukup bersih dan di mana terjadi pembalikan suhu. Misalnya, fatamorgana penglihatan jauh kadang-kadang diamati di pantai Mediterania. Pembalikan suhu dibuat di sini oleh udara panas dari Sahara.
b. fatamorgana rendah terjadi selama kebalikan dari suhu dan biasanya diamati di gurun selama cuaca panas. Pada siang hari, ketika matahari tinggi, tanah berpasir di gurun, yang terdiri dari partikel mineral padat, menghangat hingga 50 derajat atau lebih. Pada saat yang sama, pada ketinggian beberapa puluh meter, udara tetap relatif dingin. Oleh karena itu, indeks bias lapisan udara di atas terasa lebih besar dibandingkan dengan udara di dekat permukaan tanah. Ini juga mengarah ke kelengkungan sinar, tetapi dalam arah yang berlawanan (Gbr. 203).
Sinar cahaya yang datang dari bagian langit yang rendah di atas cakrawala, yang berlawanan dengan pengamat, terus-menerus dibelokkan ke atas dan masuk ke mata pengamat dengan arah dari bawah ke atas. Akibatnya, pada kelanjutannya di permukaan bumi, pengamat melihat pantulan langit, menyerupai permukaan air. Inilah yang disebut fatamorgana "danau".
Efeknya bahkan lebih ditingkatkan ketika ada batu, bukit, pohon, bangunan ke arah pengamatan. Dalam hal ini, mereka terlihat seperti pulau di tengah danau yang luas. Selain itu, tidak hanya objek yang terlihat, tetapi juga pantulannya. Dengan sifat kelengkungan sinar, lapisan tanah udara bertindak sebagai cermin dari permukaan air.
5. Pelangi. Ini berwarna-warni fenomena optik yang diamati selama hujan, diterangi oleh matahari dan mewakili sistem busur berwarna konsentris.
Teori pelangi pertama dikembangkan oleh Descartes pada tahun 1637. Pada saat ini, fakta-fakta eksperimental berikut yang berkaitan dengan pelangi telah diketahui:
sebuah. Pusat pelangi O berada pada garis lurus yang menghubungkan Matahari dengan mata pengamat.(gbr.204).
b. Di sekitar garis simetri Mata - Matahari adalah busur berwarna dengan jari-jari sudut sekitar 42° . Warna disusun, dihitung dari tengah, dengan urutan: biru (d), hijau (h), merah (k)(grup baris 1). Ini pelangi utama. Di dalam pelangi utama ada busur multi-warna samar rona kemerahan dan kehijauan.
di. Sistem busur kedua dengan jari-jari sudut sekitar 51° disebut pelangi sekunder. Warnanya jauh lebih pucat dan dalam urutan terbalik, dihitung dari pusat, merah, hijau, biru (sekelompok garis 2) .
G. Pelangi utama hanya muncul ketika matahari berada di atas cakrawala pada sudut tidak lebih dari 42 °.
Seperti yang ditetapkan Descartes, alasan utama terbentuknya pelangi primer dan sekunder adalah pembiasan dan pemantulan sinar cahaya dalam tetesan air hujan. Pertimbangkan ketentuan utama teorinya.
6. Pembiasan dan pemantulan sinar monokromatik dalam setetes. Biarkan sinar monokromatik dengan intensitas Saya 0 jatuh pada penurunan radius bola R pada jarak kamu dari sumbu di bidang bagian diametris (Gbr. 205). Pada titik jatuh A bagian dari sinar dipantulkan, dan bagian utama dari intensitas Saya 1 operan di dalam drop. Pada intinya B sebagian besar sinar melewati ke udara (pada Gambar. 205 PADA balok tidak diperlihatkan), dan sebagian kecil dipantulkan dan jatuh ke suatu titik Dengan. Melangkah keluar pada intinya Dengan intensitas sinar Saya 3 terlibat dalam pembentukan busur utama dan pita sekunder lemah di dalam busur utama.
Ayo temukan sudutnya θ , di mana sinar itu keluar Saya 3 sehubungan dengan sinar datang Saya 0 . Perhatikan bahwa semua sudut antara sinar dan garis normal di dalam drop adalah sama dan sama dengan sudut bias β . (Segitiga OAB dan OVS sama kaki). Tidak peduli berapa banyak sinar "melingkar" di dalam drop, semua sudut datang dan refleksi adalah sama dan sama dengan sudut bias β . Untuk alasan ini, setiap sinar yang muncul dari drop di titik-titik PADA, Dengan dll., keluar dengan sudut yang sama dengan sudut datang α .
Untuk mencari sudut θ defleksi balok Saya 3 dari aslinya, perlu untuk menjumlahkan sudut deviasi pada titik TETAPI, PADA dan Dengan: q = (α – ) + (π – 2β) + (α - β) = π + 2α – 4β . (25.1)
Lebih mudah untuk mengukur sudut lancip \u003d - q \u003d 4β – 2α . (25.2)
Setelah melakukan perhitungan untuk beberapa ratus sinar, Descartes menemukan bahwa sudut φ dengan pertumbuhan kamu, yaitu, saat balok bergerak menjauh Saya 0 dari sumbu jatuh, pertama tumbuh dalam nilai absolut, di kamu/R 0.85 mengambil nilai maksimum dan kemudian mulai menurun.
Sekarang ini adalah nilai batas sudut φ dapat ditemukan dengan memeriksa fungsi φ secara ekstrim pada. Sejak dosa α = yçR, dan dosa β = yçR· n, kemudian α = arcsin( yçR), β = arcsin( yçRn). Kemudian
, 
. (25.3)
Memperluas istilah menjadi bagian yang berbeda dari persamaan dan kuadrat, kita mendapatkan:
, (25,4)
untuk kuning D-garis natrium λ = 589,3 nm indeks bias air n= 1,333. Jarak titik TETAPI kemunculan sinar ini dari sumbu kamu= 0,861R. Sudut pembatas sinar ini adalah
Menarik itu intinya PADA pantulan pertama balok di jatuhkan juga merupakan jarak maksimum dari sumbu jatuh. Menjelajah dari sudut yang ekstrim d= p– α – ε = p– α – (p– 2β ) = 2β – α dalam ukuran pada, kita mendapatkan kondisi yang sama pada= 0,861R dan d= 42,08°/2 = 21,04°.
Gambar 206 menunjukkan ketergantungan sudut φ , di mana balok meninggalkan jatuh setelah refleksi pertama (rumus 25.2), pada posisi titik TETAPI balok masuk ke drop. Semua sinar dipantulkan di dalam kerucut dengan sudut puncak 42º.
Sangat penting untuk pembentukan pelangi bahwa sinar yang masuk jatuh di lapisan silinder dengan ketebalan uçR dari 0,81 hingga 0,90, keluar setelah refleksi di dinding tipis kerucut dalam rentang sudut dari 41,48º hingga 42,08º. Di luar, dinding kerucut halus (ada sudut yang ekstrem φ
), dari dalam - longgar. Tebal sudut dinding adalah 20 menit busur. Untuk sinar yang ditransmisikan, penurunan berperilaku seperti lensa dengan panjang fokus f= 1,5R. Sinar masuk jatuh di atas seluruh permukaan belahan pertama, dipantulkan kembali oleh sinar divergen di ruang kerucut dengan sudut aksial 42º, dan melewati jendela dengan jari-jari sudut 21º (Gbr. 207 ).
7. Intensitas sinar yang muncul dari tetesan. Di sini kita hanya akan berbicara tentang sinar yang muncul dari tetesan setelah refleksi pertama (Gbr. 205). Jika sebuah balok jatuh pada jatuh dengan sudut α , memiliki intensitas Saya 0, maka sinar yang masuk ke droplet memiliki intensitas Saya 1 = Saya 0 (1 – ρ ), di mana ρ adalah koefisien refleksi intensitas.
Untuk cahaya tak terpolarisasi, koefisien refleksi ρ dapat dihitung dengan menggunakan rumus Fresnel (17.20). Karena rumus mencakup kuadrat fungsi selisih dan jumlah sudut α dan β , maka koefisien refleksi tidak bergantung pada apakah berkas masuk ke dalam droplet atau dari droplet. Karena sudut-sudut α dan β di titik-titik TETAPI, PADA, Dengan sama, maka koefisien ρ di semua titik TETAPI, PADA, Dengan sama. Oleh karena itu, intensitas sinar Saya 1 = Saya 0 (1 – ρ ), Saya 2 = Saya 1 ρ = Saya 0 ρ (1 – ρ ), Saya 3 = Saya 2 (1 – ρ ) = Saya 0 ρ (1 – ρ ) 2 .
Tabel 25.1 menunjukkan nilai sudut φ , koefisien ρ dan rasio intensitas Saya 3 cI 0 dihitung pada jarak yang berbeda uçR entri balok untuk garis natrium kuning λ = 589,3 nm. Seperti yang dapat dilihat dari tabel, ketika pada≤ 0,8R ke dalam balok Saya 3, kurang dari 4% energi dari pancaran sinar jatuh pada jatuh. Dan hanya mulai dari pada= 0,8R dan banyak lagi hingga pada= R intensitas sinar keluaran Saya 3 dikalikan.
| Tabel 25.1 |
|||||
| kamu/R | α ,º | β ,º | φ ,º | ρ | Saya 3 /Saya 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 |
Jadi, sinar yang muncul dari drop pada sudut pembatas φ , memiliki intensitas yang jauh lebih besar dibandingkan dengan balok lain karena dua alasan. Pertama, karena kompresi sudut yang kuat dari berkas sinar di dinding tipis kerucut, dan kedua, karena kerugian yang lebih rendah dalam tetesan. Hanya intensitas sinar ini yang cukup untuk membangkitkan sensasi kecemerlangan setetes di mata.
8. Pembentukan pelangi utama. Ketika cahaya jatuh pada setetes, berkas terbelah karena dispersi. Akibatnya, dinding kerucut pantulan terang distratifikasi oleh warna (Gbr. 208). sinar ungu ( aku= 396,8 nm) keluar dengan sudut j= 40°36", merah ( aku= 656,3 nm) - membentuk sudut j= 42°22". Dalam selang sudut ini D φ
\u003d 1 ° 46 "meliputi seluruh spektrum sinar yang muncul dari tetesan. Sinar ungu membentuk kerucut bagian dalam, yang merah membentuk kerucut luar. Jika tetesan hujan yang diterangi matahari terlihat oleh pengamat, maka mereka yang kerucutnya sinar yang masuk ke mata dianggap paling terang, akibatnya semua tetes yang berhubungan dengan sinar matahari yang melewati mata pengamat, pada sudut kerucut merah, terlihat merah, pada sudut hijau - hijau. (Gbr. 209).
9. Formasi pelangi sekunder terjadi karena sinar yang muncul dari drop setelah refleksi kedua (Gbr. 210). Intensitas sinar-sinar setelah pemantulan kedua kira-kira orde besarnya kurang dari sinar-sinar setelah pemantulan pertama dan mempunyai lintasan yang kira-kira sama dengan perubahan uçR.
Sinar yang muncul dari tetesan setelah pemantulan kedua membentuk kerucut dengan sudut puncak 51º. Jika kerucut primer memiliki sisi yang halus di bagian luar, maka kerucut sekunder memiliki sisi yang halus di bagian dalam. Praktis tidak ada sinar di antara kerucut ini. Semakin besar tetesan air hujan, semakin cerah pelangi. Dengan penurunan ukuran tetesan, pelangi menjadi pucat. Saat hujan berubah menjadi gerimis R 20 - 30 mikron pelangi berubah menjadi busur keputihan dengan warna yang hampir tidak dapat dibedakan.
10. Lingkaran cahaya(dari bahasa Yunani. hals- cincin) - fenomena optik, yang biasanya lingkaran warna-warni di sekitar piringan matahari atau bulan dengan jari-jari sudut 22 dan 46º. Lingkaran-lingkaran ini terbentuk sebagai hasil pembiasan cahaya oleh kristal es di awan cirrus, yang berbentuk prisma beraturan heksagonal.
Kepingan salju yang jatuh ke tanah sangat beragam bentuknya. Namun, kristal yang terbentuk sebagai hasil kondensasi uap di atmosfer atas sebagian besar dalam bentuk prisma heksagonal. Dari semua opsi yang memungkinkan untuk melewati balok melalui prisma heksagonal, tiga yang paling penting (Gbr. 211).
Dalam kasus (a), balok melewati permukaan paralel yang berlawanan dari prisma tanpa membelah atau membelok.
Dalam kasus (b), berkas melewati permukaan prisma, yang membentuk sudut 60º di antara keduanya, dan dibiaskan seperti pada prisma spektral. Intensitas sinar yang muncul pada sudut deviasi terkecil 22º adalah maksimum. Dalam kasus ketiga (c), balok melewati sisi muka dan alas prisma. Sudut bias 90º, sudut deviasi terkecil 46º. Dalam dua kasus terakhir, sinar putih terbelah, sinar biru lebih menyimpang, sinar merah lebih sedikit. 
Kasus (b) dan (c) menyebabkan munculnya cincin yang diamati pada sinar yang ditransmisikan dan memiliki dimensi sudut 22º dan 46º (Gbr. 212).
Biasanya lingkar luar (46º) lebih terang dari lingkar dalam dan keduanya memiliki warna kemerahan. Ini dijelaskan tidak hanya oleh hamburan intens sinar biru di awan, tetapi juga oleh fakta bahwa dispersi sinar biru di prisma lebih besar daripada dispersi merah. Oleh karena itu, sinar biru meninggalkan kristal dalam sinar yang sangat berbeda, yang menyebabkan intensitasnya berkurang. Dan sinar merah keluar dalam sinar sempit, yang memiliki intensitas yang jauh lebih besar. Dalam kondisi yang menguntungkan, ketika dimungkinkan untuk membedakan warna, bagian dalam cincin berwarna merah, bagian luar berwarna biru.
10. mahkota- cincin berkabut cerah di sekitar piringan bintang. Jari-jari sudutnya jauh lebih kecil dari jari-jari halo dan tidak melebihi 5º. Mahkota timbul karena hamburan difraksi sinar oleh tetesan air yang membentuk awan atau kabut.
Jika radius jatuh R, maka minimum difraksi pertama pada balok paralel diamati pada sudut j = 0,61∙lçR(lihat rumus 15.3). Di Sini aku adalah panjang gelombang cahaya. Pola difraksi tetesan individu dalam berkas paralel bertepatan; akibatnya, intensitas cincin cahaya ditingkatkan.
Diameter mahkota dapat digunakan untuk menentukan ukuran tetesan di awan. Semakin besar tetesannya (lebih R), semakin kecil ukuran sudut cincin. Cincin terbesar diamati dari tetesan terkecil. Pada jarak beberapa kilometer, cincin difraksi masih terlihat ketika ukuran tetesan minimal 5 m. Pada kasus ini j maks = 0,61 lçR 5 6°.
Warna cincin cahaya mahkota sangat lemah. Saat terlihat, tepi luar cincin memiliki warna kemerahan. Artinya, distribusi warna pada mahkota berbanding terbalik dengan distribusi warna pada cincin halo. Selain dimensi sudut, ini juga memungkinkan untuk membedakan antara mahkota dan lingkaran cahaya. Jika ada tetesan dengan berbagai ukuran di atmosfer, maka cincin mahkota, yang ditumpangkan satu sama lain, membentuk cahaya terang umum di sekitar piringan bintang. Cahaya ini disebut lingkaran cahaya.
11. Langit biru dan fajar merah. Saat Matahari berada di atas cakrawala, langit tak berawan tampak biru. Faktanya adalah bahwa dari sinar spektrum matahari, sesuai dengan hukum Rayleigh Saya kasar ~ 1 /l 4, sinar biru, cyan dan violet pendek tersebar paling intensif.
Jika Matahari rendah di atas cakrawala, maka cakramnya dianggap berwarna merah tua karena alasan yang sama. Karena hamburan intens cahaya gelombang pendek, terutama sinar merah yang tersebar lemah mencapai pengamat. Hamburan sinar dari matahari terbit atau terbenam sangat besar karena sinar menempuh jarak yang jauh di dekat permukaan bumi, di mana konsentrasi partikel hamburan sangat tinggi.
Fajar pagi atau sore hari - pewarnaan bagian langit yang dekat dengan Matahari dengan warna merah jambu - dijelaskan oleh hamburan difraksi cahaya pada kristal es di atmosfer atas dan pantulan geometris cahaya dari kristal.
12. bintang berkelap-kelip- Ini adalah perubahan cepat dalam kecerahan dan warna bintang, terutama terlihat di dekat cakrawala. Kelap-kelip bintang disebabkan oleh pembiasan sinar dalam pancaran udara yang mengalir dengan cepat, yang, karena kepadatan yang berbeda, memiliki indeks bias yang berbeda. Akibatnya, lapisan atmosfer yang dilalui pancaran sinar berperilaku seperti lensa dengan panjang fokus variabel. Itu bisa berupa pengumpulan dan penghamburan. Dalam kasus pertama, cahaya terkonsentrasi, kecemerlangan bintang ditingkatkan, dalam kasus kedua, cahaya tersebar. Perubahan tanda tersebut terekam hingga ratusan kali per detik.
Karena dispersi, berkas didekomposisi menjadi sinar dengan warna berbeda, yang mengikuti jalur yang berbeda dan dapat semakin menyimpang, semakin rendah bintang ke cakrawala. Jarak antara sinar ungu dan merah dari satu bintang bisa mencapai 10 meter di dekat permukaan bumi. Akibatnya, pengamat melihat perubahan terus menerus dalam kecerahan dan warna bintang.
Fenomena optik di atmosfer
Atmosfer adalah campuran gas yang kompleks. Molekul, atom gas, produk kondensasi dan sublimasi uap air, berbagai partikel padat yang tersuspensi di udara berpartisipasi dalam proses hamburan cahaya. Akibatnya, atmosfer adalah semacam sistem optik dengan parameter yang terus berubah. Fenomena optik di atmosfer muncul sebagai akibat dari refleksi,
pembiasan dan dispersi(cahaya putih didekomposisi menjadi spektrum),
pembiasan halo hamburan atmosfer
difraksi ( penyimpangan gelombang cahaya dari arah bujursangkar ketika melewati lubang kecil atau ketika membengkok di sekitar rintangan kecil) dan gangguan(lapisan) gelombang
Warna biru langit dijelaskan secara ilmiah Teori Rayleigh berdasarkan hukum hamburan molekul. Ini menyatakan: "intensitas cahaya yang dihamburkan bervariasi berbanding terbalik dengan pangkat empat panjang gelombang datangnya cahaya pada partikel hamburan." Karena panjang gelombang sinar ungu adalah setengah dari sinar merah, mereka menyebar 16 kali lebih banyak. Semua sinar berwarna lain dari spektrum tampak akan dimasukkan ke dalam cahaya yang dihamburkan dalam jumlah yang berbanding terbalik dengan pangkat empat panjang gelombang masing-masing sinar tersebut. Campuran dari semua sinar yang tersebar memberikan warna biru.
Hamburan Rayleigh Molekuler adalah kasus khusus dispersi aerosol. Jika ukuran partikel melebihi 1/10 dari panjang gelombang datang, maka partikel tersebut lolos menjadi hamburan aerosol Mie(keputihan, langit kemerahan). Pada siang hari, sebagian besar sinar gelombang panjang mencapai Matahari - sinar merah, oranye, kuning. Ketika Matahari turun menuju cakrawala, sinar harus menempuh jalur yang lebih panjang di atmosfer. Hilangnya sinar panjang gelombang pendek menjadi nyata. Dan warna Matahari saat terbenam menjadi jingga atau merah.
Rona langit keemasan, jingga, atau kemerahan di atas cakrawala disebut fajar. Warna langit tergantung pada pengotor aerosol di udara. Rona emas menunjukkan sejumlah kecil aerosol di udara yang menyebarkan sinar matahari. Kehadiran uap air meningkatkan hamburan sinar merah di atmosfer.
sinar senja- Fenomena ini disebabkan oleh kontras antara cahaya Matahari, uap air yang tersebar di udara dan bayangan yang ditimbulkan oleh awan yang terletak di bawah cakrawala atau tidak tinggi di atas cakrawala.
Pelangi dan lingkaran cahaya- fenomena yang terkait dengan pembiasan dan pantulan sinar cahaya dalam tetesan dan kristal awan.
Pelangi diamati dalam arah yang berlawanan dengan Matahari, biasanya pada jarak 1-2 km dari pengamat. Terkadang dapat diamati pada jarak beberapa meter dengan latar belakang tetesan air. Pusat pelangi berada pada garis yang sama dengan mata pengamat dan dengan pusat piringan matahari. Dibiaskan dalam setetes, sinar terurai menjadi warna primer. Warna bagian dalam pelangi adalah ungu, warna luarnya merah. Jenis busur, kecerahan warna, lebar garis tergantung pada jumlah, ukuran, dan deformasi tetesan air hujan. Tetesan besar menciptakan pelangi yang lebih sempit dan cerah, yang kecil menciptakan busur yang buram, pudar, dan bahkan putih.
Pembentukan pelangi utama (dengan jari-jari sudut sekitar 42°) dijelaskan oleh pembiasan ganda dan refleksi internal tunggal sinar matahari yang mereka terkena dalam tetesan air.
Seringkali pelangi kedua yang kurang terang muncul, dengan radius sudut sekitar 52° dengan warna terbalik. Pelangi ini terbentuk sebagai hasilnya dobel pembiasan dan refleksi sinar dalam satu tetes. Jauh lebih jarang, busur sekunder berwarna lemah diamati di sisi dalam pelangi pertama.
Berbagai bentuk lingkaran cahaya dapat dibagi menjadi dua kelompok utama:
Halo, sedikit diwarnai dengan warna warni. Ini adalah lingkaran, busur yang bersinggungan dengannya, bintik-bintik cahaya (matahari palsu);
Halo tidak berwarna berwarna putih. Ini adalah lingkaran horizontal, pilar dan salib.
Fenomena kelompok pertama diperoleh sebagai hasil dari pembiasan sinar dalam kristal es, dan fenomena kelompok kedua - sebagai hasil refleksi dari wajah mereka. Kristal ini terletak di antara pengamat dan sumber cahaya di musim panas dalam bentuk awan cirrus, dan di musim dingin, juga dalam bentuk debu es, kabut atau kabut. Keragaman halo tergantung pada bentuk kristal es, orientasinya, pergerakannya, dan ketinggian Matahari di atas cakrawala.
Halo yang paling sering diamati dengan radius 22 °, bagian dalamnya berwarna kemerahan, bagian luarnya kebiruan, langit di dalam cincin tampak lebih gelap. Lingkaran halo berjari-jari 46° jarang terjadi. Karena ukurannya yang besar, halo ini sangat jarang diamati sebagai lingkaran penuh, biasanya hanya sebagian yang terlihat. Warna warni halo muncul dari dekomposisi berkas cahaya putih dalam prisma es.
Bahkan lebih jarang, bentuk halo kompleks diamati ketika terdiri dari beberapa lingkaran, busur singgung dan miring dan matahari palsu atau bulan. Lebih sering diamati busur tangen atas ke halo di 22 dan 46°. Mereka cembung berubah menjadi matahari, mereka berwarna cerah, dan warna merah berubah menjadi Matahari. Mereka muncul ketika ada kristal di awan dengan pengaturan wajah dan tepi pembiasan yang berbeda.
lingkaran parhelik(atau lingkaran matahari palsu) - cincin putih yang berpusat di titik zenith, melewati Matahari sejajar dengan cakrawala. Lingkaran ini merupakan hasil pemantulan sinar matahari dari sisi muka kristal es heksagonal yang melayang di udara dalam posisi vertikal.
parhelia, atau matahari palsu, adalah bintik-bintik bercahaya terang * menyerupai Matahari, yang terbentuk pada titik-titik perpotongan lingkaran parhelic * dengan halo, memiliki jari-jari sudut 22 °, 46 ° dan 90 °. Terkadang antelium (anti-matahari) terlihat - titik terang yang terletak di cincin parhelion tepat di seberang Matahari. Diasumsikan bahwa penyebab fenomena ini adalah refleksi internal ganda sinar matahari. Berkas pantul mengikuti lintasan yang sama dengan berkas datang, tetapi dalam arah yang berlawanan.
busur sirkumzenithal adalah busur 90° atau kurang, berpusat pada zenit, kira-kira 46° di atas Matahari. Ini memiliki warna-warna cerah, sisi luar busur dicat merah.
tiang surya kejadian yang sangat umum, mengingatkan pada pedang. Itu muncul sebagai akibat dari pantulan sinar cahaya dari permukaan horizontal, lempeng es yang mengambang di udara. Menyeberang. Fenomena ini diperoleh sebagai hasil dari perpotongan pilar dengan lingkaran horizontal putih.
3) Mahkota, kemuliaan, Hantu rusak, lingkaran cahaya, permainan warna awan timbul akibat difraksi dan interferensi sinar matahari.
mahkota cincin ringan, sedikit berwarna, sisi dalamnya berwarna biru, sisi luarnya berwarna merah. Mereka mengelilingi Matahari atau Bulan, yang bersinar melalui awan air tipis. Mahkota dapat berupa satu yang berdekatan dengan termasyhur (halo), atau beberapa "cincin tambahan" yang dipisahkan oleh celah. Mahkota dibentuk oleh sinar tangen ekstrim yang datang pada permukaan partikel bulat (awan atau tetesan kabut, embun, butiran pasir). Alasan munculnya mahkota adalah difraksi cahaya saat melewati antara tetesan dan kristal awan. Melewati lubang kecil, berkas cahaya melewati tepi tetesan dan pada saat yang sama terurai menjadi sinar berwarna, yang dibelokkan dengan cara yang berbeda ketika sinar ditekuk di tepi lubang. Dimensi mahkota tergantung pada ukuran tetesan dan kristal: semakin besar tetesan (kristal), semakin kecil mahkota, dan sebaliknya. Jika elemen awan menjadi lebih besar di awan, radius mahkota secara bertahap berkurang, dan ketika ukuran elemen awan berkurang (penguapan), itu meningkat.
Ketika sinar melewati dalam partikel dan pada sudut tertentu (singgung), sebagian besar sinar hampir sepenuhnya dipantulkan dan diarahkan ke belakang, hampir sejajar dengan sinar datang. Sinar ini menciptakan pola difraksi dalam arah yang berlawanan. Jadi kemuliaan juga disebut "anti-mahkota" atau "anti-corona". Hantu Patah terbentuk di medan yang kasar ketika matahari berada di belakang pengamat di sekitar bayangan seseorang yang jatuh di dinding kabut vertikal. Di pagi hari, segera setelah matahari terbit, di padang rumput yang dipenuhi embun, a nimbus, itu terbentuk di sekitar bayangan kepala seseorang.
Terkadang pada siang hari, bagian terpisah dari awan cirrocumulus atau altocumulus bersinar dengan warna pelangi, dan warna-warna ini berkilau seperti mutiara. Warnanya sangat intens di tepi tipis awan. permainan warna awan . Permainan warna diperoleh karena awan bergerak dan mengubah kerapatannya.
Fenomena optik yang diamati di atmosfer terkait erat dengan proses yang terjadi di dalamnya, oleh karena itu mahkota dan lingkaran cahaya adalah salah satu tanda cuaca lokal utama.
fenomena astronomis dan pembiasan terestrial, karena pembiasan sinar cahaya di atmosfer karena distribusi suhu dan kepadatan udara yang tidak merata. pembiasan disebut astronomis, jika sumber cahaya berada di luar atmosfer. Konsekuensinya: bintang berkelap-kelip, distorsi bentuk piringan matahari saat matahari terbit dan terbenam, bertambahnya panjang hari. Di garis lintang tengah (Moskow, St. Petersburg), karena pembiasan, hari biasanya bertambah tidak lebih dari 8-12 menit, di kutub lebih banyak. Saat matahari terbenam atau terbit, ketika Matahari berada di bawah cakrawala, pembiasan menaikkannya, dan hari berlanjut. Peningkatan panjang hari tergantung pada ketinggian termasyhur, pada garis lintang tempat suhu dan tekanan udara di permukaan bumi.
Karena pembiasan sinar matahari, saat matahari terbit dan terbenam bentuk piringan surya terdistorsi. Perataan Matahari dijelaskan oleh fakta bahwa tepi bawahnya, yang menyentuh cakrawala, mengalami pembiasan yang lebih kuat daripada tepi atasnya. bintang berkelap-kelip Ini dijelaskan oleh pembiasan dan dispersi parsial sinar yang datang dari bintang dalam pancaran udara hangat atau dingin, yang terus-menerus ditemui di jalur sinarnya di atmosfer.
pembiasan bumi muncul sebagai akibat dari lintasan dan pembiasan sinar dari benda-benda yang terletak di dalam atmosfer di lapisan udara dengan kepadatan berbeda. Manifestasi pembiasan terestrial disebabkan oleh gradien suhu yang besar (lebih dari 3°C per 100 m) di atmosfer. Dalam hal ini, objek yang jauh dapat berubah menjadi naik atau turun relatif terhadap posisi sebenarnya, dan mungkin juga terdistorsi dan memperoleh bentuk yang tidak beraturan dan fantastis. Ada beberapa jenis fatamorgana tergantung di mana gambar berada dalam kaitannya dengan subjek: atas, bawah, lateral dan kompleks.
fatamorgana rendah: Ini terbentuk sebagai hasil dari pantulan benda atau langit dari udara yang sangat panas di dekat permukaan bumi. Mereka diamati di stepa dan gurun.
fatamorgana yang unggul. Mereka terbentuk sebagai hasil dari pantulan benda-benda yang terletak di luar garis cakrawala dari lapisan udara hangat yang terletak di atas permukaan Bumi atau laut yang sangat dingin. Kondisi yang menguntungkan bagi mereka diciptakan di daerah kutub atau di atas laut yang dingin.
fatamorgana samping. Itu terjadi ketika lapisan udara dengan kepadatan yang sama terletak di atmosfer tidak secara horizontal, tetapi miring atau bahkan vertikal. Kondisi seperti itu tercipta di musim panas, di pagi hari setelah matahari terbit di dekat pantai berbatu di laut atau danau, ketika pantai sudah diterangi oleh Matahari, dan permukaan air dan udara di atasnya masih dingin.
Jenis fatamorgana yang kompleks, atau Fata Morgana, muncul ketika ada kondisi untuk munculnya fatamorgana atas dan bawah secara bersamaan, misalnya, dengan pembalikan suhu yang signifikan pada ketinggian tertentu di atas air hangat, lapisan udara dingin terbentuk. Akibatnya udara mengalir dari pesisir pegunungan. Kastil ajaib muncul di atas laut, berubah, tumbuh, menghilang.
Fenomena atmosfer yang tidak biasa telah mengilhami dan terus mengilhami ketakutan pada orang-orang yang cenderung mistis. Oleh karena itu, untuk membentuk pandangan dunia yang objektif pada siswa, masalah ini dapat dipertimbangkan di kelas opsional. Studi tentang sifat fenomena optik akan membantu menjelaskan dasar ilmiah dari proses fisik, memuaskan minat kognitif siswa dalam mempelajari bidang pengetahuan yang dipilih. Foto fenomena dapat digunakan untuk tujuan demonstrasi dalam pelajaran geografi di sekolah. Tanpa ragu, setiap siswa akan tertarik untuk memperluas pengetahuan mereka di bidang mempelajari fenomena optik di alam.
Kubah surga membuat banyak misteri bagi seseorang, dalam proses memecahkan masalah ini, banyak penemuan baru yang sama dibuat. Seberkas cahaya, melewati atmosfer planet kita, tidak hanya meneranginya, tetapi juga memberikan tampilan yang unik, membuatnya indah.
Upaya pertama untuk menjelaskan pelangi sebagai fenomena alam dilakukan pada tahun 1611 oleh Uskup Agung Antonio Dominis, di mana ia dikucilkan dan dijatuhi hukuman mati, dan manuskripnya dibakar.
Penjelasan ilmiah tentang pelangi pertama kali diberikan oleh René Descartes pada tahun 1637. Descartes membuat gambar untuk 10.000 sinar. Ternyata dengan refleksi tunggal, hanya sekelompok kecil sinar (mereka disorot oleh garis-garis padat) yang muncul dari penurunan dalam balok kompak, membentuk sudut sekitar 42° dengan arah datangnya sinar matahari, dan dengan refleksi ganda, 52°. Semua sisanya (ditunjukkan dengan garis putus-putus) menyimpang dalam kipas lebar, menghilang. Untuk menghormati penemunya, balok kompak ini disebut sinar Descartes.
Kurang dari 5% energi fluks matahari yang jatuh pada setetes air dihabiskan untuk pelangi. Pada saat yang sama, sekitar 4% menuju pembentukan pelangi pertama.
Setiap orang melihat pelanginya sendiri. Perhitungan menunjukkan bahwa pelangi dari refleksi internal ke-3, ke-4, ke-7 dan ke-8 terletak di sekitar Matahari, dan ke-5, ke-6 - di sekitar titik antisolar. Dimensi sudut pelangi tersebut dapat berkurang menjadi 30º 14º dan 16º 51º. Namun, kita jarang melihat mereka.
Beras. 5.
Berbagai fenomena optik (cahaya) di atmosfer disebabkan oleh kenyataan bahwa sinar cahaya matahari dan benda langit lainnya, yang melewati atmosfer, mengalami hamburan dan difraksi. Dalam hal ini, sejumlah fenomena optik yang luar biasa indah terjadi di atmosfer:
warna langit, warna fajar, senja, kerlap-kerlip bintang, lingkaran di sekitar lokasi tampak matahari dan bulan, pelangi, fatamorgana, dll. Semuanya, mencerminkan proses fisik tertentu di atmosfer, sangat erat kaitannya dengan perubahan dan keadaan cuaca dan oleh karena itu dapat ditambahkan sebagai tanda-tanda lokal yang baik untuk prediksinya.
Seperti yang Anda ketahui, spektrum sinar matahari terdiri dari tujuh warna primer, merah, oranye, kuning, hijau, biru, nila dan ungu.Berbagai warna sinar cahaya putih dicampur dalam proporsi yang ditentukan secara ketat. Dengan pelanggaran proporsi ini, cahaya berubah dari putih menjadi berwarna. Jika sinar cahaya jatuh pada partikel yang dimensinya lebih kecil dari panjang gelombang sinar, maka, menurut hukum Rayleigh, mereka dihamburkan oleh partikel-partikel ini dalam proporsi yang berbanding terbalik dengan panjang gelombang pangkat empat. Partikel-partikel ini bisa berupa molekul gas yang membentuk atmosfer, dan partikel terkecil dari debu.
Partikel yang sama menyebarkan sinar warna yang berbeda dengan cara yang berbeda. Sinar violet, biru dan biru tersebar paling kuat, yang merah lebih lemah. Itulah sebabnya langit berwarna biru: di cakrawala ia memiliki nada biru muda, dan di puncaknya hampir biru.
Sinar biru, melewati atmosfer, sangat tersebar, sedangkan sinar merah mencapai permukaan bumi hampir sepenuhnya tidak tersebar. Ini menjelaskan warna merah piringan matahari saat matahari terbenam atau sesaat setelah matahari terbit.
Ketika cahaya jatuh pada partikel yang diameternya hampir sama atau lebih besar dari panjang gelombang, maka sinar semua warna dihamburkan secara merata. Dalam hal ini, cahaya yang tersebar dan cahaya datang akan memiliki warna yang sama.
Oleh karena itu, jika partikel yang lebih besar tersuspensi di atmosfer, maka putih akan ditambahkan ke warna biru langit, karena hamburan molekul gas, dan langit akan menjadi biru dengan warna keputihan, meningkat seiring dengan jumlah partikel yang tersuspensi. di atmosfer meningkat.
Warna langit ini diamati ketika ada banyak debu di udara.
Warna langit menjadi keputihan, dan jika ada sejumlah besar produk kondensasi uap air di udara dalam bentuk tetesan air, kristal es, langit memperoleh warna kemerahan dan oranye.
Fenomena ini biasanya diamati selama perjalanan front atau siklon, ketika uap air dibawa tinggi oleh arus udara yang kuat.
Ketika matahari dekat cakrawala, sinar cahaya harus melakukan perjalanan jauh ke permukaan bumi di lapisan udara, sering mengandung sejumlah besar partikel besar uap air dan debu. Dalam hal ini, cahaya biru tersebar sangat lemah, merah dan sinar lainnya tersebar lebih kuat, mewarnai lapisan bawah atmosfer dalam berbagai warna cerah dan coklat merah, kuning dan warna lain, tergantung pada kandungan debu, kelembaban dan kekeringan. dari udara.
Berkaitan erat dengan warna langit adalah fenomena yang disebut kabut opalescent. Fenomena kekeruhan udara opalescent terdiri dari kenyataan bahwa benda-benda duniawi yang jauh tampaknya diselimuti kabut kebiruan (warna ungu, biru, biru yang tersebar).
Fenomena ini diamati dalam kasus-kasus ketika udara dalam keadaan tersuspensi (banyak partikel debu kecil dengan diameter kurang dari 4 mikron.
Sejumlah penelitian tentang warna langit menggunakan perangkat khusus (sianometer) dan secara visual menetapkan hubungan antara warna langit dan sifat massa udara. Ternyata ada hubungan langsung antara kedua fenomena tersebut.
Warna biru tua menunjukkan adanya massa udara Arktik di daerah tersebut, dan warna keputihan menunjukkan benua dan tropis yang berdebu. Ketika, sebagai akibat dari kondensasi uap air di udara, partikel air atau kristal es yang lebih besar dari molekul udara terbentuk, mereka memantulkan semua sinar secara merata, dan langit menjadi berwarna keputihan atau keabu-abuan.
Partikel padat dan cair di atmosfer menyebabkan kabut asap yang signifikan di udara dan oleh karena itu sangat mengurangi jarak pandang. Rentang jarak pandang dalam meteorologi dipahami sebagai jarak yang membatasi di mana, di bawah keadaan atmosfer tertentu, objek-objek yang dipertimbangkan tidak lagi dapat dibedakan.
Oleh karena itu, warna langit dan jarak pandang, yang sangat bergantung pada ukuran partikel di udara, memungkinkan untuk menilai keadaan atmosfer dan cuaca yang akan datang.
Sejumlah tanda prediksi cuaca lokal didasarkan pada ini:
Langit gelap kebiruan di siang hari (hanya di dekat matahari bisa sedikit keputihan), jarak pandang sedang hingga baik, dan cuaca tenang menghasilkan sedikit uap air di troposfer, sehingga cuaca antisiklon diperkirakan berlangsung 12 jam atau lebih.
Langit keputihan di siang hari, visibilitas rata-rata atau buruk menunjukkan adanya sejumlah besar uap air, produk kondensasi, dan debu di troposfer, mis., pinggiran antisiklon lewat di sini, bersentuhan dengan topan: kita bisa mengharapkan transisi ke cuaca siklon dalam 6-12 jam ke depan.
Warna langit yang berwarna kehijauan menunjukkan kekeringan udara yang hebat di troposfer; Di musim panas, itu menandakan cuaca panas, dan di musim dingin, sangat dingin.
Langit abu-abu yang rata di pagi hari mendahului cuaca cerah yang baik, malam yang kelabu dan pagi yang merah mendahului cuaca berangin yang berangin.
Rona keputihan langit di dekat cakrawala pada ketinggian rendah (sementara langit lainnya berwarna biru) memiliki sedikit kelembapan di troposfer dan menandakan cuaca yang baik.
Penurunan bertahap dalam kecerahan dan kebiruan langit, peningkatan bintik keputihan di dekat matahari, kekeruhan langit di dekat cakrawala, penurunan visibilitas adalah tanda pendekatan front hangat atau front oklusi tipe hangat .
Jika objek yang jauh terlihat jelas dan tidak tampak lebih dekat dari yang sebenarnya, cuaca antisiklon dapat diharapkan.
Jika objek yang jauh terlihat jelas, tetapi jaraknya tampak lebih dekat daripada yang sebenarnya, maka ada sejumlah besar uap air di atmosfer: Anda harus menunggu cuaca memburuk.
Jarak pandang yang buruk dari benda-benda jauh di pantai menunjukkan adanya sejumlah besar debu di lapisan udara bawah dan merupakan tanda bahwa curah hujan tidak akan terjadi dalam 6-12 jam ke depan.
Transparansi udara yang tinggi dengan jarak pandang 20-50 km atau lebih merupakan tanda adanya massa udara Arktik di daerah tersebut.
Visibilitas bulan yang jelas dengan cakram yang menonjol menunjukkan kelembaban udara yang tinggi di troposfer dan merupakan tanda cuaca yang memburuk.
Cahaya bulan pucat yang terlihat jelas menandakan cuaca buruk. Cahaya abu adalah fenomena ketika, pada hari-hari pertama setelah bulan baru, selain bulan sabit terang yang sempit, seluruh piringan penuhnya terlihat, diterangi samar-samar oleh cahaya yang dipantulkan dari bumi.
Fajar
Fajar adalah warna langit saat matahari terbit dan terbenam.
Variasi warna fajar disebabkan oleh kondisi atmosfer yang berbeda. Garis-garis berwarna fajar, dihitung dari cakrawala, selalu diamati dalam urutan warna spektrum merah, oranye, kuning, biru.
Warna individu mungkin sama sekali tidak ada, tetapi urutan distribusi tidak pernah berubah.Cakrawala di bawah merah kadang-kadang memiliki abu-abu ungu kotor yang tampak ungu. Bagian atas fajar berwarna keputihan atau biru.
Faktor utama yang mempengaruhi munculnya fajar adalah produk kondensasi uap air dan debu yang terkandung di atmosfer:
Semakin banyak uap air di udara, semakin jelas warna merah fajar. Peningkatan kelembaban udara biasanya diamati sebelum datangnya siklon, sebuah front yang membawa cuaca buruk. Oleh karena itu, dengan fajar merah dan oranye cerah, cuaca basah dengan angin kencang dapat diperkirakan terjadi. Dominasi warna kuning (emas) fajar menunjukkan sedikit kelembaban dan sejumlah besar debu di udara, yang menunjukkan cuaca kering dan berangin yang akan datang.
Fajar cerah dan ungu-merah, mirip dengan cahaya api yang jauh dengan warna mendung, menunjukkan kelembaban udara yang tinggi dan merupakan tanda cuaca yang memburuk - pendekatan topan, depan dalam 6-12 jam ke depan.
Dominasi warna kuning cerah, serta nada emas dan merah muda dari fajar malam, menunjukkan kelembaban udara yang rendah; kering, cuaca sering berangin dapat diharapkan.
Langit merah muda (merah muda) di malam hari menunjukkan cuaca berangin ringan tanpa presipitasi.
Malam yang kemerahan dan pagi yang kelabu menandakan hari yang cerah dan malam dengan angin sepoi-sepoi.
Semakin lembut warna merah awan saat fajar sore, semakin baik cuaca yang akan datang.
Fajar coklat kekuningan di musim dingin selama musim dingin menunjukkan kegigihan dan kemungkinan intensifikasi mereka.
Fajar malam berwarna merah muda kekuning-kuningan yang berawan adalah tanda kemungkinan penurunan cuaca.
Jika matahari, mendekati cakrawala, sedikit mengubah warna kuning keputihan yang biasa dan menjadi sangat cerah, yang dikaitkan dengan transparansi atmosfer yang tinggi, kadar air dan debu yang rendah, maka cuaca baik akan berlanjut.
Jika matahari, sebelum terbenam ke cakrawala, atau saat matahari terbit pada saat tepinya muncul, memberikan kilatan sinar hijau terang, maka kita harus mengharapkan pelestarian cuaca yang stabil, cerah, dan tenang; jika Anda berhasil melihat sinar biru pada saat yang sama, maka Anda dapat mengharapkannya. Terutama cuaca yang tenang dan cerah. Durasi kilatan sinar hijau tidak lebih dari 1-3 detik.
Dominasi warna kehijauan saat fajar malam menunjukkan cuaca cerah yang panjang dan kering.
Garis keperakan terang tanpa batas yang tajam, terlihat lama di cakrawala di langit tak berawan setelah matahari terbenam, menandakan cuaca antisiklon yang tenang dan lama.
Iluminasi merah muda lembut dari awan cirrus yang tidak bergerak selama pengaturan garam tanpa adanya awan lain adalah tanda yang dapat diandalkan dari cuaca antisiklon yang mapan.
Dominasi warna merah cerah di fajar malam, yang bertahan untuk waktu yang lama saat matahari semakin tenggelam di bawah cakrawala, adalah tanda pendekatan front hangat atau front oklusi tipe hangat; seseorang harus mengharapkan cuaca buruk yang berkepanjangan cuaca berangin.
Fajar merah muda lembut dalam bentuk lingkaran di atas matahari yang telah terbenam di luar cakrawala adalah cuaca stabil yang baik. Jika warna lingkaran berubah menjadi merah muda-merah, curah hujan dan peningkatan angin mungkin terjadi.
Warna fajar berkaitan erat dengan sifat massa udara. Tabel yang disusun untuk garis lintang sedang dari bagian Eropa CIS menunjukkan hubungan antara warna fajar dan massa udara menurut N. I. Kucherov:
Matahari terbenam
Karena siklon bergerak terutama dari titik barat, munculnya awan di bagian barat langit biasanya merupakan tanda mendekatnya siklon, dan jika ini terjadi di malam hari, maka matahari terbenam ke dalam awan. Tetapi pada saat yang sama, perlu untuk memperhitungkan urutan bentuk awan, yang terkait dengan siklon, front atmosfer.
Jika matahari terbenam di belakang awan padat rendah yang menonjol tajam dengan latar belakang langit kehijauan atau kekuningan, maka ini adalah pertanda cuaca baik (kering, tenang, dan cerah) yang akan datang.
Jika matahari terbenam dengan kekeruhan rendah terus menerus dan jika lapisan awan cirrus atau cirrostratus diamati di cakrawala dan di atas mendung, maka curah hujan akan turun, cuaca siklon berangin akan terjadi dalam 6-12 jam ke depan.
Matahari terbenam di balik awan gelap pekat dengan warna merah di tepinya menandakan cuaca siklon.
Jika, setelah matahari terbenam, kerucut gelap secara bertahap menyebar ke atas dengan batas oranye kabur yang lebar terlihat jelas di timur - bayangan bumi, maka topan mendekat dari sisi matahari terbenam.
Bayangan bumi di timur setelah matahari terbenam berwarna abu-abu abu-abu, tanpa tepi berwarna atau dengan warna merah muda pucat - tanda kegigihan cuaca antisiklon.
Ini adalah nama yang diberikan untuk seberkas sinar atau pita cahaya individu yang keluar dari balik awan yang menutupi matahari. Sinar matahari melewati celah-celah di antara awan, menerangi tetesan air yang mengambang di udara dalam suspensi, dan memberikan seikat pita cahaya berupa pita (sinar Buddha).
Karena pancaran ini diamati karena adanya sejumlah besar tetesan air kecil di udara, itu menandakan hujan, cuaca siklon berangin.
Pancaran sinar yang muncul dari balik awan gelap tempat matahari berada, merupakan tanda akan mulainya cuaca berangin disertai hujan dalam 3-6 jam ke depan.
Cahaya karena awan kuning, diamati segera setelah hujan terakhir, menandakan akan segera dimulainya kembali hujan dan peningkatan angin.
Warna merah matahari, bulan, dan benda langit lainnya menunjukkan kelembaban yang tinggi di atmosfer, yaitu. pembentukan dalam 6-10 jam berikutnya dari cuaca siklon dengan angin kencang dan curah hujan.
Warna kemerahan dari piringan matahari yang gelap, bersama dengan warna kebiruan dari objek yang jauh (pegunungan, dll.) adalah tanda penyebaran udara tropis yang berdebu, dan peningkatan suhu udara yang signifikan akan diharapkan segera.
Mengamati kubah surga dari tempat terbuka (misalnya, di laut), Anda dapat melihat bahwa ia memiliki bentuk belahan bumi, tetapi rata dalam arah vertikal. Sering terlihat bahwa jarak dari pengamat ke cakrawala tiga sampai empat kali lebih besar daripada ke zenith.
Hal ini dijelaskan sebagai berikut. Saat melihat ke atas, tanpa memiringkan kepala ke belakang, objek yang kita lihat tampak lebih pendek dibandingkan dengan objek yang berada dalam posisi horizontal.
Misalnya, tiang atau pohon yang tumbang tampak lebih panjang daripada tiang vertikal. Dalam arah horizontal, perspektif atmosfer bertindak, karena objek yang diselimuti kabut (dari debu dan arus naik) tampak kurang diterangi dan karenanya lebih jauh.
Oblateness yang tampak dari cakrawala bervariasi tergantung pada kondisi cuaca. Transparansi atmosfer yang luar biasa dan kelembapan yang tinggi meningkatkan perataan langit.
Sebuah kubah langit yang rata dan rendah terlihat sebelum cuaca siklon.
Sebuah kubah tinggi surga diamati di daerah tengah anticyclones; dapat diperkirakan bahwa cuaca antisiklonik yang baik akan bertahan selama 12 jam atau lebih.
Atmosfer planet kita adalah sistem optik yang agak menarik, indeks biasnya menurun seiring dengan ketinggian karena penurunan kerapatan udara. Dengan demikian, atmosfer Bumi dapat dianggap sebagai "lensa" berdimensi raksasa, mengulangi bentuk Bumi dan memiliki indeks bias yang berubah secara monoton.
Keadaan ini menimbulkan keseluruhan sejumlah fenomena optik di atmosfer akibat pembiasan (refraksi) dan pemantulan (refleksi) sinar-sinar di dalamnya.
Mari kita pertimbangkan beberapa fenomena optik paling signifikan di atmosfer.
pembiasan atmosfer
pembiasan atmosfer- fenomena lengkungan sinar cahaya saat cahaya melewati atmosfer.
Dengan ketinggian, kerapatan udara (dan karenanya indeks bias) berkurang. Bayangkan bahwa atmosfer terdiri dari lapisan horizontal yang homogen secara optik, indeks bias yang bervariasi dari lapisan ke lapisan (Gbr. 299).
Beras. 299. Perubahan indeks bias di atmosfer bumi
Ketika berkas cahaya merambat dalam sistem seperti itu, itu akan, sesuai dengan hukum pembiasan, "menekan" terhadap garis tegak lurus dengan batas lapisan. Tetapi densitas atmosfer tidak berkurang dalam lompatan, tetapi terus menerus, yang mengarah pada kelengkungan dan rotasi balok yang mulus melalui sudut saat melewati atmosfer.
Sebagai hasil dari pembiasan atmosfer, kita melihat Bulan, Matahari, dan bintang-bintang lain agak lebih tinggi dari tempat sebenarnya.
Untuk alasan yang sama, durasi hari meningkat (di garis lintang kita 10-12 menit), cakram Bulan dan Matahari di dekat cakrawala dikompresi. Menariknya, sudut refraksi maksimum adalah 35" (untuk objek di dekat cakrawala), yang melebihi ukuran sudut nyata Matahari (32").
Dari fakta ini berikut ini: pada saat kita melihat bahwa tepi bawah bintang menyentuh garis cakrawala, sebenarnya piringan matahari sudah berada di bawah cakrawala (Gbr. 300).
Beras. 300. Pembiasan sinar atmosfer saat matahari terbenam
bintang berkelap-kelip
bintang berkelap-kelip juga terkait dengan pembiasan cahaya astronomis. Telah lama diketahui bahwa kerlap-kerlip paling terlihat pada bintang-bintang di dekat cakrawala. Arus udara di atmosfer mengubah kerapatan udara dari waktu ke waktu, menghasilkan benda langit yang berkelap-kelip. Astronot di orbit tidak mengamati kedipan apa pun.
fatamorgana
Di daerah gurun atau stepa yang panas dan di daerah kutub, pemanasan atau pendinginan udara yang kuat di dekat permukaan bumi menyebabkan munculnya fatamorgana: karena kelengkungan sinar, objek yang sebenarnya terletak jauh di luar cakrawala menjadi terlihat dan tampak dekat.
Terkadang fenomena ini disebut pembiasan terestrial. Munculnya fatamorgana dijelaskan oleh ketergantungan indeks bias udara pada suhu. Ada fatamorgana inferior dan superior.
fatamorgana rendah dapat dilihat pada hari musim panas di jalan aspal yang dipanaskan dengan baik: bagi kita tampaknya ada genangan air di depannya, yang sebenarnya tidak. Dalam hal ini, kami mengambil "genangan" refleksi specular sinar dari lapisan udara yang dipanaskan tidak seragam yang terletak di sekitar aspal "panas".
fatamorgana superior berbeda dalam variasi yang cukup besar: dalam beberapa kasus mereka memberikan gambar langsung (Gbr. 301, a), di lain mereka terbalik (Gbr. 301, b), mereka bisa dua kali lipat dan bahkan tiga kali lipat. Fitur-fitur ini terkait dengan ketergantungan yang berbeda dari suhu udara dan indeks bias pada ketinggian.
Beras. 301. Pembentukan fatamorgana: a - fatamorgana langsung; b - membalikkan fatamorgana
Pelangi
Curah hujan atmosfer mengarah pada munculnya fenomena optik spektakuler di atmosfer. Jadi, saat hujan, pendidikan adalah pemandangan yang menakjubkan dan tak terlupakan. pelangi, yang dijelaskan oleh fenomena refraksi (dispersi) dan pantulan cahaya matahari yang berbeda pada tetesan terkecil di atmosfer (Gbr. 302).
Beras. 302. Pembentukan pelangi
Dalam kasus yang sangat sukses, kita dapat melihat beberapa pelangi sekaligus, urutan warna yang saling terbalik.
Berkas cahaya yang terlibat dalam pembentukan pelangi mengalami dua pembiasan dan pemantulan ganda di setiap tetesan hujan. Dalam hal ini, untuk menyederhanakan mekanisme pembentukan pelangi, kita dapat mengatakan bahwa tetesan hujan berbentuk bola memainkan peran prisma dalam eksperimen Newton tentang penguraian cahaya menjadi spektrum.
Karena simetri spasial, pelangi terlihat dalam bentuk setengah lingkaran dengan sudut bukaan sekitar 42 °, sedangkan pengamat (Gbr. 303) harus berada di antara Matahari dan rintik hujan, dengan membelakangi Matahari.
Keragaman warna di atmosfer dijelaskan oleh pola hamburan cahaya pada partikel dengan berbagai ukuran. Karena fakta bahwa warna biru tersebar lebih banyak daripada warna merah, pada siang hari, ketika Matahari tinggi di atas cakrawala, kita melihat langit berwarna biru. Untuk alasan yang sama, di dekat cakrawala (saat matahari terbenam atau terbit), Matahari menjadi merah dan tidak seterang di puncaknya. Munculnya awan berwarna juga dikaitkan dengan hamburan cahaya oleh partikel berbagai ukuran di awan.
literatur
Zhilko, V.V. Fisika: buku teks. tunjangan untuk kelas 11. pendidikan umum institusi dengan Rusia. lang. pelatihan dengan masa studi 12 tahun (dasar dan lanjutan) / V.V. Zhilko, L.G. Markovich. - Minsk: Nar. Asveta, 2008. - S. 334-337.
Beragamnya fenomena optik di atmosfer disebabkan oleh berbagai alasan. Fenomena yang paling umum termasuk petir dan aurora utara dan selatan yang sangat indah. Selain itu, pelangi, halo, parhelion (matahari palsu) dan busur, mahkota, lingkaran cahaya dan hantu Brocken, fatamorgana, api St. Elmo, awan bercahaya, sinar hijau dan senja sangat menarik. Pelangi adalah fenomena atmosfer yang paling indah. Biasanya ini adalah lengkungan besar, terdiri dari garis-garis multi-warna, diamati ketika Matahari hanya menerangi sebagian dari langit, dan udara jenuh dengan tetesan air, misalnya, selama hujan. Busur multi-warna diatur dalam urutan spektrum (merah, oranye, kuning, hijau, cyan, nila, ungu), tetapi warna hampir tidak pernah murni karena pita tumpang tindih. Biasanya, karakteristik fisik pelangi sangat bervariasi, dan karena itu penampilannya sangat beragam. Fitur umum mereka adalah bahwa pusat busur selalu terletak pada garis lurus yang ditarik dari Matahari ke pengamat. Pelangi lava adalah busur yang terdiri dari warna paling cerah - merah di luar dan ungu di dalam. Terkadang hanya satu busur yang terlihat, tetapi seringkali busur sekunder muncul di luar pelangi utama. Warnanya tidak seterang yang pertama, dan garis-garis merah dan ungu di dalamnya berubah: merah terletak di bagian dalam.
Pembentukan pelangi utama dijelaskan oleh pembiasan ganda dan refleksi internal tunggal sinar matahari. Menembus di dalam setetes air (A), seberkas cahaya dibiaskan dan terurai, seperti ketika melewati prisma. Kemudian mencapai permukaan yang berlawanan dari tetesan, dipantulkan darinya, dan keluar dari tetesan ke luar. Dalam hal ini, berkas cahaya, sebelum mencapai pengamat, dibiaskan untuk kedua kalinya. Sinar putih awal diuraikan menjadi sinar warna berbeda dengan sudut divergensi 2°. Ketika pelangi sisi terbentuk, pembiasan ganda dan pemantulan ganda sinar matahari terjadi. Dalam hal ini, cahaya dibiaskan, menembus bagian dalam drop melalui bagian bawahnya, dan dipantulkan dari permukaan bagian dalam drop, pertama di titik B, kemudian di titik C. Pada titik D, cahaya dibiaskan, meninggalkan jatuh ke arah pengamat. Ketika hujan atau kabut membentuk pelangi, efek optik penuh dicapai dengan efek gabungan dari semua tetesan air yang melintasi permukaan kerucut pelangi dengan pengamat di puncaknya. Peran setiap tetes cepat berlalu. Permukaan kerucut pelangi terdiri dari beberapa lapisan. Dengan cepat melintasi mereka dan melewati serangkaian titik kritis, setiap tetes langsung menguraikan sinar matahari ke seluruh spektrum dalam urutan yang ditentukan secara ketat - dari merah ke ungu. Banyak tetesan melintasi permukaan kerucut dengan cara yang sama, sehingga pelangi tampak bagi pengamat sebagai kontinu baik sepanjang maupun melintasi busurnya. Halo - busur cahaya putih atau warna-warni dan lingkaran di sekitar piringan Matahari atau Bulan. Mereka muncul karena pembiasan atau pantulan cahaya oleh kristal es atau salju di atmosfer. Kristal yang membentuk halo terletak di permukaan kerucut imajiner dengan sumbu diarahkan dari pengamat (dari atas kerucut) ke Matahari. Dalam kondisi tertentu, atmosfer jenuh dengan kristal-kristal kecil, banyak di antaranya membentuk sudut siku-siku dengan bidang yang melewati Matahari, pengamat, dan kristal-kristal ini. Wajah-wajah seperti itu memantulkan sinar cahaya yang masuk dengan deviasi 22°, membentuk lingkaran cahaya yang kemerahan di bagian dalam, tetapi juga dapat terdiri dari semua warna spektrum. Yang kurang umum adalah lingkaran cahaya dengan jari-jari sudut 46°, terletak secara konsentris di sekitar lingkaran halo 22°. Sisi dalamnya juga memiliki warna kemerahan. Alasan untuk ini juga adalah pembiasan cahaya, yang terjadi dalam hal ini pada permukaan kristal yang membentuk sudut siku-siku. Lebar cincin halo seperti itu melebihi 2,5?. Baik lingkaran cahaya 46 derajat dan 22 derajat cenderung paling terang di bagian atas dan bawah cincin. Halo 90 derajat yang langka adalah cincin bercahaya samar, hampir tidak berwarna yang memiliki pusat yang sama dengan dua lingkaran cahaya lainnya. Jika diwarnai, ia memiliki warna merah di bagian luar cincin. Mekanisme munculnya jenis halo ini belum sepenuhnya dijelaskan. Parhelia dan busur. Lingkaran parhelic (atau lingkaran matahari palsu) - cincin putih yang berpusat pada titik zenith, melewati Matahari sejajar dengan cakrawala. Alasan pembentukannya adalah pantulan sinar matahari dari tepi permukaan kristal es. Jika kristal cukup merata di udara, lingkaran penuh menjadi terlihat. Parhelia, atau matahari palsu, adalah bintik-bintik bercahaya terang menyerupai Matahari, yang terbentuk pada titik-titik perpotongan lingkaran parhelic dengan halo, memiliki jari-jari sudut 22?, 46? dan 90?. Parhelion yang paling sering terbentuk dan paling terang terbentuk di persimpangan dengan lingkaran cahaya 22 derajat, biasanya diwarnai di hampir semua warna pelangi. Matahari palsu di persimpangan dengan lingkaran cahaya 46 dan 90 derajat lebih jarang diamati. Parhelia yang terjadi di persimpangan dengan lingkaran cahaya 90 derajat disebut paranthelia, atau countersuns palsu. Terkadang antelium (penghitung matahari) juga terlihat - titik terang yang terletak di cincin parhelion tepat di seberang Matahari. Diasumsikan bahwa penyebab fenomena ini adalah refleksi internal ganda sinar matahari. Berkas pantul mengikuti lintasan yang sama dengan berkas datang, tetapi dalam arah yang berlawanan. Busur circumzenithal, kadang-kadang salah disebut busur tangen atas dari halo 46 derajat, adalah 90? atau kurang, berpusat pada zenit, sekitar 46° di atas Matahari. Ini jarang terlihat dan hanya untuk beberapa menit, memiliki warna cerah, dan warna merah terbatas pada sisi luar busur. Busur circumzenithal terkenal karena pewarnaan, kecerahan, dan garis besarnya yang jelas. Efek optik lain yang aneh dan sangat langka dari jenis halo adalah busur Lovitz. Mereka muncul sebagai kelanjutan dari parhelia di persimpangan dengan lingkaran cahaya 22 derajat, melewati sisi luar lingkaran cahaya dan sedikit cekung ke arah Matahari. Pilar cahaya keputihan, serta berbagai salib, kadang-kadang terlihat saat fajar atau senja, terutama di daerah kutub, dan dapat menemani Matahari dan Bulan. Kadang-kadang, lingkaran cahaya bulan dan efek lain yang serupa dengan yang dijelaskan di atas diamati, dengan lingkaran cahaya bulan yang paling umum (cincin di sekitar Bulan) memiliki radius sudut 22?. Seperti matahari palsu, bulan palsu bisa muncul. Mahkota, atau mahkota, adalah cincin kecil berwarna konsentris di sekitar Matahari, Bulan, atau objek terang lainnya yang diamati dari waktu ke waktu ketika sumber cahaya berada di balik awan transparan. Jari-jari korona lebih kecil dari jari-jari halo dan kira-kira. 1-5?, cincin biru atau ungu paling dekat dengan Matahari. Korona terbentuk ketika cahaya dihamburkan oleh tetesan air kecil yang membentuk awan. Terkadang mahkota terlihat seperti titik bercahaya (atau lingkaran cahaya) yang mengelilingi Matahari (atau Bulan), yang diakhiri dengan cincin kemerahan. Dalam kasus lain, setidaknya dua cincin konsentris dengan diameter lebih besar, berwarna sangat lemah, terlihat di luar lingkaran cahaya. Fenomena ini disertai dengan awan berwarna-warni. Terkadang tepi awan yang sangat tinggi dicat dengan warna-warna cerah. Gloria (halo). Dalam kondisi khusus, fenomena atmosfer yang tidak biasa terjadi. Jika Matahari berada di belakang pengamat, dan bayangannya diproyeksikan ke awan terdekat atau tirai kabut, di bawah keadaan atmosfer tertentu di sekitar bayangan kepala seseorang, Anda dapat melihat lingkaran bercahaya berwarna - lingkaran cahaya. Biasanya lingkaran cahaya seperti itu terbentuk karena pantulan cahaya oleh tetesan embun di halaman berumput. Gloria juga cukup umum ditemukan di sekitar bayangan yang dibuat oleh bidang di atas awan di bawahnya. Hantu Brocken. Di beberapa wilayah di dunia, ketika bayangan seorang pengamat di atas bukit, saat matahari terbit atau terbenam, jatuh di belakangnya di atas awan yang terletak pada jarak pendek, efek mencolok terungkap: bayangan memperoleh dimensi kolosal. Hal ini disebabkan oleh pemantulan dan pembiasan cahaya oleh tetesan air terkecil di dalam kabut. Fenomena yang dijelaskan disebut "hantu Brocken" setelah puncak di pegunungan Harz di Jerman. Fatamorgana adalah efek optik yang disebabkan oleh pembiasan cahaya ketika melewati lapisan udara dengan kepadatan berbeda dan diekspresikan dalam penampilan gambar virtual. Dalam hal ini, objek yang jauh dapat berubah menjadi naik atau turun relatif terhadap posisi sebenarnya, dan mungkin juga terdistorsi dan memperoleh bentuk yang tidak beraturan dan fantastis. Fatamorgana sering diamati di iklim panas, seperti di atas dataran berpasir. Fatamorgana inferior sering terjadi, ketika permukaan gurun yang jauh dan hampir datar tampak seperti perairan terbuka, terutama jika dilihat dari sedikit ketinggian atau hanya di atas lapisan udara panas. Ilusi serupa biasanya terjadi di jalan beraspal panas yang terlihat seperti permukaan air jauh di depan. Pada kenyataannya, permukaan ini adalah refleksi dari langit. Di bawah ketinggian mata, objek, biasanya terbalik, dapat muncul di "air" ini. Sebuah "kue lapisan udara" terbentuk di atas permukaan tanah yang dipanaskan, dan lapisan yang paling dekat dengan bumi adalah yang paling panas dan sangat jarang sehingga gelombang cahaya yang melewatinya terdistorsi, karena kecepatan rambatnya bervariasi tergantung pada kepadatan media. Fatamorgana superior kurang umum dan lebih indah daripada fatamorgana inferior. Objek yang jauh (seringkali di bawah cakrawala laut) muncul terbalik di langit, dan terkadang gambar langsung dari objek yang sama juga muncul di atas. Fenomena ini khas untuk daerah dingin, terutama ketika ada pembalikan suhu yang signifikan, ketika lapisan udara yang lebih hangat berada di atas lapisan yang lebih dingin. Efek optik ini dimanifestasikan sebagai hasil dari pola perambatan kompleks dari bagian depan gelombang cahaya di lapisan udara dengan kepadatan yang tidak seragam. Fatamorgana yang sangat tidak biasa terjadi dari waktu ke waktu, terutama di daerah kutub. Ketika fatamorgana terjadi di darat, pohon dan komponen lanskap lainnya terbalik. Dalam semua kasus, objek di fatamorgana atas lebih jelas terlihat daripada di bawah. Ketika batas dua massa udara adalah bidang vertikal, kadang-kadang terjadi fatamorgana samping. Api Saint Elmo. Beberapa fenomena optik di atmosfer (misalnya, cahaya dan fenomena meteorologi yang paling umum - kilat) bersifat listrik. Jauh lebih jarang adalah api St. Elmo - kuas biru pucat atau ungu bercahaya dari 30 cm hingga 1 m atau lebih, biasanya di puncak tiang atau ujung halaman kapal di laut. Kadang-kadang tampaknya seluruh tali-temali kapal ditutupi dengan fosfor dan bersinar. Api Elmo terkadang muncul di puncak gunung, serta di menara dan sudut tajam gedung-gedung tinggi. Fenomena ini adalah pelepasan listrik sikat di ujung konduktor listrik, ketika kekuatan medan listrik sangat meningkat di atmosfer di sekitar mereka. Will-o'-the-wisps adalah cahaya kebiruan atau kehijauan samar yang kadang-kadang terlihat di rawa-rawa, kuburan, dan ruang bawah tanah. Mereka sering muncul sebagai nyala lilin yang menyala dengan tenang, tidak memanas, yang diangkat sekitar 30 cm di atas tanah, melayang di atas objek sejenak. Cahaya tampaknya benar-benar sulit dipahami dan, saat pengamat mendekat, cahaya itu tampaknya berpindah ke tempat lain. Alasan untuk fenomena ini adalah dekomposisi residu organik dan pembakaran spontan gas metana rawa (CH 4) atau fosfin (PH 3). Lampu pengembara memiliki bentuk yang berbeda, terkadang bahkan bulat. Sinar hijau - kilatan sinar matahari hijau zamrud pada saat sinar terakhir Matahari menghilang di bawah cakrawala. Komponen merah dari sinar matahari menghilang terlebih dahulu, semua yang lain mengikuti secara berurutan, dan hijau zamrud tetap bertahan. Fenomena ini hanya terjadi ketika hanya tepi piringan matahari yang tersisa di atas cakrawala, jika tidak ada campuran warna. Sinar krepuskular adalah berkas sinar matahari divergen yang menjadi terlihat saat menyinari debu di atmosfer tinggi. Bayangan dari awan membentuk pita gelap, dan sinar merambat di antara mereka. Efek ini terjadi ketika Matahari rendah di cakrawala sebelum fajar atau setelah matahari terbenam.
