A 6. osztály az „Optikai jelenségek a légkörben” témát tanulja az iskolában. Ez azonban nem csak a gyermek érdeklődő elméjét érdekli. A légkör optikai jelenségei egyrészt egyesítik a szivárványt, az égbolt színének változását napkelte és napnyugta során, amit nem egyszer láthat mindenki. Másrészt rejtélyes délibábokat, hamis holdakat és napokat, lenyűgöző fényudvarokat, amelyek a múltban megrémítették az embereket. Egyesek kialakulásának mechanizmusa a mai napig tisztázatlan, azonban a modern fizika jól tanulmányozta azt az általános elvet, amely szerint az optikai jelenségek "élnek" a természetben.
Léghéj
A Föld légköre egy héj, amely gázok keverékéből áll, és körülbelül 100 km-rel a tengerszint felett nyúlik el. A levegőréteg sűrűsége a Földtől való távolsággal változik: legnagyobb értéke a bolygó felszínén van, a magassággal csökken. A légkör nem nevezhető statikus képződménynek. A gáznemű burok rétegeifolyamatosan mozog és keveredik. Változnak a jellemzőik: hőmérséklet, sűrűség, mozgási sebesség, átlátszóság. Mindezek az árnyalatok befolyásolják a bolygó felszínére rohanó napsugarakat.
Optikai rendszer
A légkörben lezajló folyamatok, valamint annak összetétele hozzájárulnak a fénysugarak elnyeléséhez, töréséhez és visszaverődéséhez. Némelyikük eléri a célt - a földfelszínt, a másikat szétszórják vagy visszairányítják a világűrbe. A fény görbülete és visszaverődése, a sugarak egy részének spektrummá bomlása és így tovább, a légkörben különféle optikai jelenségek jönnek létre.
Atmoszférikus optika
Abban az időben, amikor a tudomány még gyerekcipőben járt, az emberek az Univerzum szerkezetére vonatkozó uralkodó elképzelések alapján magyarázták az optikai jelenségeket. A szivárvány összekapcsolta az emberi világot az istenivel, két hamis Nap megjelenése az égen a közeledő katasztrófákról tanúskodott. Mára a legtöbb jelenség, amely távoli őseinket megrémítette, tudományos magyarázatot kapott. A légköri optika foglalkozik az ilyen jelenségek tanulmányozásával. Ez a tudomány a légkör optikai jelenségeit írja le a fizika törvényei alapján. Meg tudja magyarázni, miért kék az ég napközben, de változik a színe napnyugtakor és hajnalban, hogyan jön létre a szivárvány, és honnan származnak a délibábok. Napjainkban számos tanulmány és kísérlet teszi lehetővé az olyan optikai jelenségek megértését a természetben, mint a világító keresztek megjelenése, a Fata Morgana, a szivárványglória.
Kék ég
Az ég színeannyira ismerős, hogy ritkán gondolunk bele, miért van ez így. Ennek ellenére a fizikusok jól tudják a választ. Newton bebizonyította, hogy bizonyos körülmények között a fénysugár spektrummá bontható. A légkörön áthaladva a kék színnek megfelelő rész jobban szétszóródik. A látható sugárzás vörös szakaszát hosszabb hullámhossz jellemzi, és a szóródás mértékét tekintve 16-szor alacsonyabb, mint az ibolya.
Ugyanakkor az eget nem lilának, hanem kéknek látjuk. Ennek oka a retina szerkezetének sajátosságaiban és a spektrum egyes részeinek napfényben való arányában rejlik. Szemünk érzékenyebb a kékre, és a nap spektrumának lila része kevésbé intenzív, mint a kék.
Skarlát naplemente
Amikor az emberek rájöttek, mi az atmoszféra, az optikai jelenségek megszűntek számukra a szörnyű események bizonyítékai vagy előjele lenni. A tudományos megközelítés azonban nem zavarja a színes naplementék és a gyengéd napfelkeltek esztétikai élvezetét. Az élénkvörös és narancssárga színek a rózsaszínekkel és a kékekkel együtt fokozatosan átadják helyét az éjszakai sötétségnek vagy a reggeli fénynek. Lehetetlen két egyforma napkeltét vagy napnyugtát megfigyelni. Ennek oka pedig a légköri rétegek azonos mobilitásában és a változó időjárási körülményekben rejlik.
Naplemente és napkelte idején a napsugarak hosszabb utat tesznek meg a felszín felé, mint nappal. Ennek eredményeként a szórt ibolya, kék és zöld oldalra kerül, és a közvetlen fény piros és narancssárga színűvé válik. A felhők, a por vagy a jégrészecskék hozzájárulnak a naplemente és a hajnal képéhez,a levegőben lógva. A fény megtörik, amikor áthalad rajtuk, és sokféle árnyalatban színezi az eget. A látóhatár Nappal ellentétes részén gyakran megfigyelhető az úgynevezett Vénusz öve - egy rózsaszín csík, amely elválasztja a sötét éjszakai eget és a kék nappali eget. A gyönyörű optikai jelenség, amelyet a szerelem római istennőjéről neveztek el, hajnal előtt és napnyugta után is látható.
Szivárványhíd
Talán a légkörben egyetlen más fényjelenség sem idéz elő annyi mitológiai cselekményt és meseképet, mint a szivárványhoz köthetőek. A hét színből álló ívet vagy kört mindenki gyermekkora óta ismeri. Egy gyönyörű légköri jelenség, amely esőkor jelentkezik, amikor a nap sugarai áthaladnak a cseppeken, még azokat is lenyűgözi, akik alaposan tanulmányozták a természetét.
És a szivárvány fizikája ma senki előtt nem titok. Az esőcseppek vagy köd által megtört napfény felhasad. Ennek eredményeként a megfigyelő a spektrum hét színét látja, a vöröstől a liláig. Lehetetlen meghatározni a határokat közöttük. A színek több árnyalaton keresztül simán simulnak egymásba.
A szivárvány megfigyelésekor a nap mindig az ember mögött van. Irida mosolyának középpontja (ahogy az ókori görögök szivárványnak nevezték) a megfigyelőn és a nappali fényen áthaladó vonalon található. A szivárvány általában félkörként jelenik meg. Mérete és alakja a Nap helyzetétől és attól a ponttól függ, ahol a megfigyelő tartózkodik. Minél magasabban van a lámpatest a horizont felett, annál lejjebb esik a lehetséges megjelenés köre.szivárványok. Amikor a Nap 42°-kal elhalad a horizont felett, a Föld felszínén tartózkodó megfigyelő nem láthatja a szivárványt. Minél magasabban van a tengerszint felett az a személy, aki meg akarja csodálni Irida mosolyát, annál valószínűbb, hogy nem egy ívet, hanem egy kört fog látni.
Dupla, keskeny és széles szivárvány
Gyakran a fővel együtt láthatja az úgynevezett másodlagos szivárványt. Ha az első egyetlen fényvisszaverődés eredményeként jön létre, akkor a második kettős visszaverődés eredménye. Ezenkívül a fő szivárványt a színek bizonyos sorrendje különbözteti meg: a piros kívül található, a lila pedig belül, amely közelebb van a Föld felszínéhez. Az oldalsó "híd" a spektrum fordított sorrendben: az ibolya a tetején van. Ez azért történik, mert az esőcseppek sugarai a kettős visszaverődésről különböző szögekből verődnek vissza.
A szivárványok színintenzitása és szélessége eltérő. A legfényesebb és meglehetősen keskenyek egy nyári zivatar után jelennek meg. Az ilyen esőkre jellemző nagy cseppek jól látható szivárványt hoznak létre, külön színekkel. A kis cseppek elmosódottabb és kevésbé észrevehető szivárványt adnak.
Optikai jelenségek a légkörben: aurora borealis
Az egyik legszebb légköri optikai jelenség az aurora. Minden magnetoszférával rendelkező bolygóra jellemző. A Földön az aurórákat mindkét féltekén, a környező zónákban nagy szélességi fokon figyelik megbolygó mágneses pólusai. Leggyakrabban zöldes vagy kékeszöld izzás látható, amelyet néha vörös és rózsaszín villanások egészítenek ki a széleken. Az intenzív aurora borealis szalagok vagy szövetredők alakúak, amelyek elhalványulva foltokká válnak. A több száz kilométer magas csíkok jól kiemelkednek az alsó szélén a sötét égbolton. Az aurora felső határa elveszett az égen.
Ezek a gyönyörű optikai jelenségek a légkörben továbbra is titkolják az embereket: bizonyos típusú lumineszcencia előfordulásának mechanizmusát, amely az éles villanások során fellépő reccsenés okát, még nem vizsgálták teljesen. Az aurorák kialakulásának általános képe azonban ma ismert. Az északi és déli pólus feletti égboltot zöldes-rózsaszín ragyogás díszíti, ahogy a napszél töltött részecskéi a Föld felső légkörében lévő atomokkal ütköznek. Ez utóbbiak a kölcsönhatás eredményeként további energiát kapnak és fény formájában bocsátanak ki.
Halo
A nap és a hold gyakran megjelenik előttünk, körülvéve egy fényudvarra emlékeztető fényt. Ez a halo egy jól látható gyűrű a fényforrás körül. A légkörben leggyakrabban a legkisebb jégrészecskék miatt jön létre, amelyek magasan a Föld felett pehelyfelhőket alkotnak. A kristályok alakjától és méretétől függően a jelenség jellemzői megváltoznak. A halo gyakran szivárványkör formáját ölti a fénysugár spektrummá bomlásának eredményeként.
A jelenség egy érdekes változata a parhelion. A fénytörés eredményeként a jégkristályok beA Nap szintjén két világos folt képződik, amelyek nappali fényhez hasonlítanak. A történelmi krónikákban találhatunk leírásokat erről a jelenségről. A múltban gyakran tartották szörnyű események előhírnökének.
Mirage
A délibábok szintén optikai jelenségek a légkörben. A fénytörés eredményeként keletkeznek a sűrűségben jelentősen eltérő levegőrétegek határán. A szakirodalom számos olyan esetet ír le, amikor egy utazó a sivatagban olyan oázisokat vagy akár városokat, kastélyokat látott, amelyek nem lehettek a közelben. Leggyakrabban ezek "alsó" délibábok. Sík felületen (sivatag, aszf alt) emelkednek ki, és az égbolt visszaverődő képét képviselik, amely a szemlélő számára víztömegnek tűnik.
Az úgynevezett felső délibábok kevésbé gyakoriak. Hideg felületeken keletkeznek. A felsőbbrendű délibábok egyenesek és fordítottak, néha mindkét pozíciót kombinálják. Ezen optikai jelenségek leghíresebb képviselője Fata Morgana. Ez egy összetett délibáb, amely egyszerre többféle reflexiót kombinál. Valós tárgyak jelennek meg a megfigyelő előtt, ismételten tükrözve és keverve.
Légköri elektromosság
A légkörben előforduló elektromos és optikai jelenségeket gyakran együtt említik, bár előfordulásuk okai eltérőek. A felhők polarizációja és a villámok kialakulása a troposzférában és az ionoszférában zajló folyamatokhoz kötődik. Óriási szikrakisülések általában zivatar idején keletkeznek. A villám a felhők belsejében fordul elő, és becsaphat a talajba. Életveszélyesekemberek, és ez az egyik oka az ilyen jelenségek iránti tudományos érdeklődésnek. A villámlás egyes tulajdonságai még mindig rejtélyek a kutatók számára. Ma a gömbvillámlás oka ismeretlen. Az aurora és a délibáb elmélet egyes aspektusaihoz hasonlóan az elektromos jelenségek továbbra is foglalkoztatják a tudósokat.
A légkörben a cikkben röviden ismertetett optikai jelenségek napról napra egyre érthetőbbek a fizikusok számára. Ugyanakkor, mint a villám, soha nem szűnnek meg ámulatba ejteni az embereket szépségükkel, titokzatosságukkal és néha nagyképűségükkel.
