6. клас изучава темата „Оптични явления в атмосферата” в училище. Това обаче представлява интерес не само за любознателния ум на детето. Оптичните явления в атмосферата, от една страна, съчетават дъгата, промяната в цвета на небето по време на изгреви и залези, виждани повече от веднъж от всеки. От друга страна, те включват мистериозни миражи, фалшиви луни и слънца, впечатляващи ореоли, които в миналото са ужасявали хората. Механизмът на образуване на някои от тях остава неясен до края, но общият принцип, по който оптичните явления „живеят“в природата, е добре проучен от съвременната физика.
Въздушна черупка
Земната атмосфера е обвивка, състояща се от смес от газове и се простира на около 100 км над морското равнище. Плътността на въздушния слой се променя с разстоянието от земята: най-високата му стойност е на повърхността на планетата, тя намалява с височината. Атмосферата не може да се нарече статична формация. Слоеве на газовата обвивкапостоянно се движат и смесват. Техните характеристики се променят: температура, плътност, скорост на движение, прозрачност. Всички тези нюанси влияят на слънчевите лъчи, които се втурват към повърхността на планетата.
Оптична система
Процесите, протичащи в атмосферата, както и нейният състав, допринасят за поглъщането, пречупването и отразяването на светлинните лъчи. Част от тях достигат целта – земната повърхност, другата се разпръсква или пренасочва обратно в открития космос. В резултат на кривината и отразяването на светлината, разпадането на част от лъчите в спектър и така нататък в атмосферата се образуват различни оптични явления.
Атмосферна оптика
По времето, когато науката беше в зародиш, хората обясняваха оптичните явления въз основа на преобладаващите идеи за структурата на Вселената. Дъгата свързва човешкия свят с божествения, появата на две фалшиви Слънца на небето свидетелства за наближаващите катастрофи. Днес повечето от явленията, които са плашели нашите далечни предци, са получили научно обяснение. Атмосферната оптика се занимава с изучаване на подобни явления. Тази наука описва оптични явления в атмосферата въз основа на законите на физиката. Тя може да обясни защо небето е синьо през деня, но променя цвета си по време на залез и зазоряване, как се образува дъгата и откъде идват миражи. Многобройни изследвания и експерименти днес позволяват да се разберат такива оптични явления в природата като появата на светещи кръстове, Fata Morgana, ореоли на дъгата.
Синьо небе
Цвят на небетотолкова познати, че рядко се замисляме защо е така. Въпреки това, физиците знаят добре отговора. Нютон доказа, че при определени условия лъч светлина може да бъде разложен на спектър. При преминаване през атмосферата частта, съответстваща на синия цвят, се разсейва по-добре. Червената част на видимата радиация се характеризира с по-голяма дължина на вълната и е 16 пъти по-ниска от виолетовата по отношение на степента на разсейване.
В същото време виждаме небето не лилаво, а синьо. Причината за това се крие в особеностите на структурата на ретината и съотношението на части от спектъра в слънчевата светлина. Очите ни са по-чувствителни към синьото, а виолетовата част от слънчевия спектър е по-малко интензивна от синьото.
Ален залез
Когато хората разбраха каква е атмосферата, оптичните явления престанаха да бъдат за тях доказателство или поличба за ужасни събития. Научният подход обаче не пречи на естетическото удоволствие от цветните залези и нежните изгреви. Ярките червени и оранжеви, заедно с розово и синьо, постепенно отстъпват място на нощния мрак или сутрешната светлина. Невъзможно е да се наблюдават два еднакви изгрева или залеза. И причината за това се крие в същата подвижност на атмосферните слоеве и променящите се метеорологични условия.
По време на залези и изгреви, слънчевите лъчи изминават по-дълъг път до повърхността, отколкото през деня. В резултат на това разсеяното виолетово, синьо и зелено отиват отстрани, а директната светлина става червена и оранжева. Облаци, прах или ледени частици допринасят за картината на залеза и зората,окачени във въздуха. Светлината се пречупва, докато преминава през тях, и оцветява небето в различни нюанси. На противоположната на Слънцето част от хоризонта често може да се наблюдава т. нар. Пояс на Венера - розова ивица, която разделя тъмното нощно небе и синьото дневно небе. Красивият оптичен феномен, кръстен на римската богиня на любовта, е видим преди зазоряване и след залез слънце.
Мост на дъгата
Може би никой друг светлинен феномен в атмосферата не предизвиква толкова много митологични сюжети и приказни образи, както тези, свързани с дъгата. Дъгата или кръгът, състоящ се от седем цвята, е известен на всички от детството. Красиво атмосферно явление, което се случва по време на дъжд, когато слънчевите лъчи преминават през капките, очарова дори онези, които са проучили задълбочено природата му.
И физиката на дъгата днес не е тайна за никого. Слънчевата светлина, пречупена от капки дъжд или мъгла, се разделя. В резултат на това наблюдателят вижда седем цвята от спектъра, от червено до виолетово. Невъзможно е да се определят границите между тях. Цветовете се преливат плавно един в друг чрез няколко нюанса.
Когато наблюдавате дъга, слънцето винаги е зад човека. Центърът на усмивката на Ирида (както древните гърци са наричали дъгата) е разположен на линия, минаваща през наблюдателя и дневната светлина. Дъгата обикновено се появява като полукръг. Неговият размер и форма зависят от позицията на Слънцето и точката, в която се намира наблюдателят. Колкото по-високо е светилото над хоризонта, толкова по-ниско пада кръгът на възможната поява.дъги. Когато Слънцето премине на 42º над хоризонта, наблюдател на земната повърхност не може да види дъгата. Колкото по-високо е над морското равнище човек, който иска да се възхищава на усмивката на Ирида, толкова по-вероятно е той да види не дъга, а кръг.
Двойна, тясна и широка дъга
Често, заедно с основната, можете да видите така наречената вторична дъга. Ако първото се образува в резултат на еднократно отражение на светлината, то второто е резултат от двойно отражение. Освен това основната дъга се отличава с определен ред на цветовете: червеното е разположено отвън, а лилавото е отвътре, което е по-близо до повърхността на Земята. Страничният "мост" е спектърът, обърнат последователно: виолетовото е в горната част. Това се случва, защото лъчите от дъждовна капка се отразяват от двойно отражение под различни ъгли.
Дъгите се различават по интензитет и ширина на цвета. Най-ярките и доста тесни се появяват след лятна гръмотевична буря. Големите капки, характерни за такъв дъжд, пораждат силно видима дъга с различни цветове. Малките капчици дават по-замъглена и по-малко забележима дъга.
Оптични явления в атмосферата: aurora borealis
Едно от най-красивите атмосферни оптични явления е сиянието. Характерно е за всички планети с магнитосфера. На Земята полярните сияния се наблюдават на високи географски ширини и в двете полукълба, в околните зонимагнитните полюси на планетата. Най-често можете да видите зеленикаво или синьо-зелено сияние, понякога допълнено от проблясъци на червено и розово по краищата. Интензивното сияние е оформено като панделки или гънки от плат, които при избледняване се превръщат в петна. Ивици с височина няколкостотин километра се открояват добре по долния ръб на фона на тъмното небе. Горната граница на сиянието се губи в небето.
Тези красиви оптични явления в атмосферата все още пазят своите тайни от хората: механизмът на възникване на някои видове луминесценция, причината за пукане при остри светкавици, не е напълно проучен. Общата картина на образуването на полярните сияния обаче е известна днес. Небето над северния и южния полюс е украсено със зеленикаво-розово сияние, докато заредени частици от слънчевия вятър се сблъскват с атоми в горната атмосфера на Земята. Последните в резултат на взаимодействието получават допълнителна енергия и я излъчват под формата на светлина.
Halo
Слънцето и луната често се появяват пред нас, заобиколени от сияние, наподобяващо ореол. Този ореол е силно видим пръстен около източника на светлина. В атмосферата най-често се образува поради най-малките частици лед, които изграждат перистите облаци високо над Земята. В зависимост от формата и размера на кристалите се променят характеристиките на явлението. Често ореолът приема формата на кръг на дъгата в резултат на разлагането на светлинния лъч в спектър.
Една интересна разновидност на явлението се нарича пархелион. В резултат на пречупването на светлината в ледени кристали върхуНа нивото на Слънцето се образуват две ярки петна, наподобяващи дневна светлина. В историческите хроники могат да се намерят описания на това явление. В миналото често се смяташе за предвестник на ужасни събития.
Мираж
Миражите също са оптични явления в атмосферата. Те възникват в резултат на пречупването на светлината на границата между слоевете въздух, които се различават значително по плътност. В литературата се описват много случаи, когато пътешественик в пустинята вижда оазиси или дори градове и замъци, които не могат да бъдат наблизо. Най-често това са "долни" миражи. Те възникват върху равна повърхност (пустиня, асфалт) и представляват отразено изображение на небето, което изглежда на наблюдателя като водно тяло.
Така наречените превъзходни миражи са по-рядко срещани. Те се образуват върху студени повърхности. Превъзходните миражи са прави и обърнати, понякога комбинират и двете позиции. Най-известният представител на тези оптични явления е Fata Morgana. Това е сложен мираж, който съчетава няколко вида отражения наведнъж. Пред наблюдателя се появяват обекти от реалния живот, многократно отразявани и смесени.
Атмосферно електричество
Електрическите и оптичните явления в атмосферата често се споменават заедно, въпреки че причините за тяхното възникване са различни. Поляризацията на облаците и образуването на мълнии са свързани с процеси, протичащи в тропосферата и йоносферата. Гигантски искрови разряди обикновено се образуват по време на гръмотевична буря. Светкавицата се появява вътре в облаците и може да удари земята. Те са животозастрашаващихора и това е една от причините за научния интерес към подобни явления. Някои свойства на мълнията все още са загадка за изследователите. Днес причината за кълбовидната мълния е неизвестна. Както при някои аспекти на теорията за аврората и миражите, електрическите явления продължават да интригуват учените.
Оптичните явления в атмосферата, описани накратко в статията, стават все по-разбираеми за физиците всеки ден. В същото време те, като мълния, не спират да удивляват хората със своята красота, мистерия и понякога величие.
