6. razred uči u školi temu “Optičke pojave u atmosferi”. Međutim, to je od interesa ne samo za radoznali um djeteta. Optički fenomeni u atmosferi, s jedne strane, spajaju dugu, promjenu boje neba tijekom izlazaka i zalazaka sunca, koju su svi vidjeli više puta. S druge strane, oni uključuju tajanstvene fatamorgane, lažne Mjesece i Sunca, impresivne aureole koje su u prošlosti užasavale ljude. Mehanizam nastanka nekih od njih i danas je do kraja nejasan, međutim, opći princip po kojemu optički fenomeni "žive" u prirodi dobro je proučavala moderna fizika.
Zračna školjka
Zemljina atmosfera je ljuska koja se sastoji od mješavine plinova i prostire se na oko 100 km nadmorske visine. Gustoća zračnog sloja mijenja se s udaljenosti od zemlje: njegova najveća vrijednost je na površini planeta, opada s visinom. Atmosfera se ne može nazvati statičnom formacijom. Slojevi plinovitog omotačaneprestano se kreće i miješa. Mijenjaju se njihove karakteristike: temperatura, gustoća, brzina kretanja, prozirnost. Sve ove nijanse utječu na sunčeve zrake koje jure na površinu planeta.
Optički sustav
Procesi koji se odvijaju u atmosferi, kao i njezin sastav, doprinose apsorpciji, lomu i refleksiji svjetlosnih zraka. Neki od njih dospiju do cilja - zemljine površine, drugi se raspršuju ili preusmjeravaju natrag u svemir. Kao rezultat zakrivljenosti i refleksije svjetlosti, raspada dijela zraka u spektar i tako dalje, u atmosferi nastaju različite optičke pojave.
Atmosferska optika
U vrijeme kada je znanost bila u povojima, ljudi su objašnjavali optičke fenomene na temelju prevladavajućih ideja o strukturi svemira. Duga je povezivala ljudski svijet s božanskim, pojava dvaju lažnih Sunca na nebu svjedočila je o približavanju katastrofa. Danas je većina pojava koje su plašile naše daleke pretke dobila znanstveno objašnjenje. Atmosferska optika bavi se proučavanjem takvih pojava. Ova znanost opisuje optičke pojave u atmosferi na temelju zakona fizike. Ona zna objasniti zašto je nebo plavo tijekom dana, ali mijenja boju tijekom zalaska sunca i zore, kako nastaje duga i odakle dolaze fatamorgane. Brojna istraživanja i eksperimenti danas omogućuju razumijevanje takvih optičkih pojava u prirodi kao što su pojava svjetlećih križeva, Fata Morgana, duginih oreola.
Plavo nebo
Boja nebatoliko poznato da rijetko razmišljamo zašto je to tako. Ipak, fizičari dobro znaju odgovor. Newton je dokazao da se pod određenim uvjetima snop svjetlosti može razložiti u spektar. Pri prolasku kroz atmosferu bolje se raspršuje dio koji odgovara plavoj boji. Crveni dio vidljivog zračenja karakterizira duža valna duljina i 16 puta je inferiorniji od ljubičastog u pogledu stupnja raspršenja.
U isto vrijeme, nebo vidimo ne ljubičasto, već plavo. Razlog tome leži u osobitostima strukture mrežnice i omjeru dijelova spektra u sunčevoj svjetlosti. Naše su oči osjetljivije na plavu, a ljubičasti dio sunčevog spektra je manje intenzivan od plave boje.
grimizni zalazak sunca
Kada su ljudi shvatili kakva je atmosfera, optički fenomeni za njih su prestali biti dokaz ili predznak strašnih događaja. Međutim, znanstveni pristup ne ometa estetski užitak od šarenih zalazaka i nježnih izlazaka sunca. Jarko crvene i narančaste, zajedno s ružičastim i plavim, postupno ustupaju mjesto noćnoj tami ili jutarnjem svjetlu. Nemoguće je promatrati dva identična izlaska ili zalaska sunca. A razlog tome leži u istoj pokretljivosti atmosferskih slojeva i promjenjivim vremenskim uvjetima.
Tijekom zalazaka i izlazaka sunca, sunčeve zrake putuju dužim putem do površine nego tijekom dana. Kao rezultat toga, raspršena ljubičasta, plava i zelena odlaze na strane, a izravno svjetlo postaje crveno i narančasto. Oblaci, prašina ili čestice leda doprinose slici zalaska sunca i zore,visio u zraku. Svjetlost se lomi dok prolazi kroz njih i boji nebo u raznim nijansama. Na dijelu horizonta suprotnom od Sunca često se može promatrati takozvani Venerin pojas - ružičasta traka koja razdvaja tamno noćno nebo i plavo dnevno nebo. Prekrasan optički fenomen, nazvan po rimskoj božici ljubavi, vidljiv je prije zore i nakon zalaska sunca.
Dugin most
Možda niti jedan drugi svjetlosni fenomen u atmosferi ne izaziva toliko mitoloških zapleta i bajkovitih slika kao oni povezani s dugom. Luk ili krug, koji se sastoji od sedam boja, svima je poznat od djetinjstva. Prekrasan atmosferski fenomen koji nastaje za vrijeme kiše, kada sunčeve zrake prolaze kroz kapi, fascinira čak i one koji su temeljito proučili njegovu prirodu.
I fizika duge danas nikome nije tajna. Sunčeva svjetlost, lomljena kapljicama kiše ili magle, dijeli se. Kao rezultat toga, promatrač vidi sedam boja spektra, od crvene do ljubičaste. Nemoguće je definirati granice između njih. Boje se glatko spajaju jedna u drugu kroz nekoliko nijansi.
Kada se promatra duga, sunce je uvijek iza osobe. Središte Iridinog osmijeha (kako su stari Grci nazivali dugu) nalazi se na liniji koja prolazi kroz promatrača i dnevnu svjetlost. Duga se obično pojavljuje kao polukrug. Njegova veličina i oblik ovise o položaju Sunca i točki u kojoj se promatrač nalazi. Što je više svjetiljka iznad horizonta, to niže pada krug moguće pojave.duge. Kada Sunce prođe 42º iznad horizonta, promatrač na površini Zemlje ne može vidjeti dugu. Što je iznad razine mora osoba koja se želi diviti Iridinom osmijehu, veća je vjerojatnost da neće vidjeti luk, već krug.
Dvostruka, uska i široka duga
Često, uz glavnu, možete vidjeti i takozvanu sekundarnu dugu. Ako je prvi nastao kao rezultat jedne refleksije svjetlosti, onda je drugi rezultat dvostruke refleksije. Osim toga, glavna duga razlikuje se određenim redoslijedom boja: crvena se nalazi izvana, a ljubičasta je iznutra, što je bliže površini Zemlje. Bočni "most" je spektar obrnut u nizu: ljubičasta je na vrhu. To se događa jer se zrake kišne kapi reflektiraju od dvostruke refleksije pod različitim kutovima.
Duge se razlikuju po intenzitetu i širini boja. Najsvjetliji i prilično uski pojavljuju se nakon ljetne grmljavine. Velike kapi, karakteristične za takvu kišu, stvaraju vrlo vidljivu dugu s različitim bojama. Male kapljice daju mutniju i manje uočljivu dugu.
Optički fenomeni u atmosferi: aurora borealis
Jedan od najljepših atmosferskih optičkih fenomena je aurora. Karakteristična je za sve planete s magnetosferom. Na Zemlji se aurore opažaju na visokim geografskim širinama u obje hemisfere, u okolnim zonamamagnetskih polova planeta. Najčešće možete vidjeti zelenkasti ili plavo-zeleni sjaj, ponekad dopunjen bljeskovima crvene i ružičaste boje duž rubova. Intenzivna aurora borealis oblikovana je kao vrpce ili nabori tkanine, koji se prilikom blijeđenja pretvaraju u mrlje. Uz donji rub na tamnom nebu dobro se ističu pruge visoke nekoliko stotina kilometara. Gornja granica aurore izgubljena je na nebu.
Ovi prekrasni optički fenomeni u atmosferi još uvijek čuvaju svoje tajne od ljudi: mehanizam nastanka određenih vrsta luminiscencije, uzroka pucketanja tijekom oštrih bljeskova, nije do kraja proučen. Međutim, opća slika nastanka aurora danas je poznata. Nebo iznad sjevernog i južnog pola krasi zelenkasto-ružičasti sjaj dok se nabijene čestice sunčevog vjetra sudaraju s atomima u gornjoj Zemljinoj atmosferi. Potonji, kao rezultat interakcije, primaju dodatnu energiju i emitiraju je u obliku svjetlosti.
Halo
Sunce i mjesec se često pojavljuju pred nama okruženi sjajem koji podsjeća na aureolu. Ovaj halo je vrlo vidljiv prsten oko izvora svjetlosti. U atmosferi najčešće nastaje zbog najsitnijih čestica leda koje čine cirusne oblake visoko iznad Zemlje. Ovisno o obliku i veličini kristala mijenjaju se karakteristike pojave. Često aureola poprima oblik duginog kruga kao rezultat razgradnje svjetlosnog snopa u spektar.
Zanimljiva raznolikost fenomena naziva se parhelion. Kao rezultat loma svjetlosti u kristalima leda naNa razini Sunca formiraju se dvije svijetle točke koje nalikuju dnevnom svjetlu. U povijesnim kronikama mogu se pronaći opisi ovog fenomena. U prošlosti se često smatralo predznakom strašnih događaja.
Mirage
Mirage su također optički fenomeni u atmosferi. Nastaju kao rezultat loma svjetlosti na granici između slojeva zraka koji se značajno razlikuju po gustoći. U literaturi se opisuje mnogo slučajeva kada je putnik u pustinji vidio oaze ili čak gradove i dvorce koji nisu mogli biti u blizini. Najčešće su to "niže" fatamorgane. Oni nastaju nad ravnom površinom (pustinja, asf alt) i predstavljaju reflektiranu sliku neba, koje se promatraču čini kao vodeno tijelo.
Takozvane superiorne fatamorgane su manje uobičajene. Nastaju na hladnim površinama. Superiorne fatamorgane su ravne i obrnute, ponekad kombiniraju oba položaja. Najpoznatiji predstavnik ovih optičkih fenomena je Fata Morgana. Ovo je složena fatamorgana koja kombinira nekoliko vrsta refleksija odjednom. Pred promatračem se pojavljuju predmeti iz stvarnog života, više puta reflektirani i pomiješani.
Atmosferska struja
Električne i optičke pojave u atmosferi često se spominju zajedno, iako su uzroci njihovog nastanka različiti. Polarizacija oblaka i stvaranje munje povezani su s procesima koji se odvijaju u troposferi i ionosferi. Divovska iskrena pražnjenja obično nastaju tijekom grmljavine. Munje se pojavljuju unutar oblaka i mogu udariti u tlo. Oni su opasni po životljudi, i to je jedan od razloga znanstvenog interesa za takve pojave. Neka svojstva munje još uvijek su misterij za istraživače. Danas je nepoznat uzrok kuglaste munje. Kao i kod nekih aspekata teorije aurore i fatamorgane, električni fenomeni i dalje intrigiraju znanstvenike.
Optički fenomeni u atmosferi, ukratko opisani u članku, svakim danom postaju sve razumljiviji fizičarima. Istovremeno, oni, poput munje, ne prestaju oduševljavati ljude svojom ljepotom, misterijom, a ponekad i grandioznošću.
