6 klasė mokykloje mokosi temos „Optiniai reiškiniai atmosferoje“. Tačiau tai domina ne tik smalsų vaiko protą. Optiniai reiškiniai atmosferoje, viena vertus, jungia ne kartą visiems matytą vaivorykštę, dangaus spalvos pasikeitimą saulėtekio ir saulėlydžio metu. Kita vertus, jie apima paslaptingus miražus, netikrus mėnulius ir saules, įspūdingas aureoles, kurios praeityje gąsdino žmones. Kai kurių jų susidarymo mechanizmas ir šiandien lieka neaiškus iki galo, tačiau bendras principas, pagal kurį optiniai reiškiniai „gyja“gamtoje, yra gerai ištirtas šiuolaikinės fizikos.
Oro korpusas
Žemės atmosfera yra apvalkalas, sudarytas iš dujų mišinio ir besitęsiantis apie 100 km virš jūros lygio. Oro sluoksnio tankis kinta tolstant nuo žemės: didžiausia jo reikšmė yra planetos paviršiuje, mažėja didėjant aukščiui. Atmosfera negali būti vadinama statiniu dariniu. Dujinio apvalkalo sluoksniainuolat juda ir maišosi. Keičiasi jų charakteristikos: temperatūra, tankis, judėjimo greitis, skaidrumas. Visi šie niuansai turi įtakos saulės spinduliams, besiveržiantiems į planetos paviršių.
Optinė sistema
Atmosferoje vykstantys procesai, taip pat jos sudėtis, prisideda prie šviesos spindulių sugerties, lūžio ir atspindėjimo. Vieni jų pasiekia tikslą – žemės paviršių, kiti išsibarstę arba nukreipiami atgal į kosmosą. Dėl šviesos kreivumo ir atspindėjimo, daliai spindulių skilimo į spektrą ir pan., atmosferoje susidaro įvairūs optiniai reiškiniai.
Atmosferos optika
Tuo metu, kai mokslas kūrėsi, žmonės aiškino optinius reiškinius remdamiesi vyraujančiomis idėjomis apie Visatos sandarą. Vaivorykštė sujungė žmonių pasaulį su dieviškuoju, dviejų netikrų Saulių pasirodymas danguje bylojo apie artėjančias katastrofas. Šiandien dauguma reiškinių, gąsdinusių mūsų tolimus protėvius, gavo mokslinį paaiškinimą. Atmosferos optika užsiima tokių reiškinių tyrimu. Šis mokslas, remdamasis fizikos dėsniais, aprašo optinius reiškinius atmosferoje. Ji gali paaiškinti, kodėl dieną dangus yra mėlynas, bet keičia spalvą saulėlydžio ir aušros metu, kaip susidaro vaivorykštė ir iš kur atsiranda miražai. Daugybė tyrimų ir eksperimentų šiandien leidžia suprasti tokius optinius reiškinius gamtoje kaip šviečiančių kryžių atsiradimas, Fata Morgana, vaivorykštės aureolės.
Mėlynas dangus
Dangaus spalvataip pažįstama, kad retai susimąstome, kodėl taip yra. Nepaisant to, fizikai gerai žino atsakymą. Niutonas įrodė, kad tam tikromis sąlygomis šviesos pluoštas gali būti suskaidytas į spektrą. Praeinant per atmosferą geriau išsisklaido mėlyną spalvą atitinkanti dalis. Raudonajai matomos spinduliuotės atkarpai būdingas ilgesnis bangos ilgis ir sklaidos laipsnis yra 16 kartų prastesnis už violetinę.
Tuo pačiu metu matome dangų ne purpurinį, o mėlyną. To priežastis yra tinklainės struktūros ypatumai ir spektro dalių santykis saulės šviesoje. Mūsų akys yra jautresnės mėlynai spalvai, o violetinė saulės spektro dalis yra mažiau intensyvi nei mėlyna.
Skaistinas saulėlydis
Kai žmonės suprato, kas yra atmosfera, optiniai reiškiniai jiems nustojo būti baisių įvykių įrodymu ar ženklu. Tačiau mokslinis požiūris netrukdo mėgautis estetiniu malonumu iš spalvingų saulėlydžių ir švelnių saulėtekių. Ryškios raudonos ir oranžinės spalvos kartu su rožinėmis ir mėlynomis spalvomis palaipsniui užleidžia vietą nakties tamsai arba ryto šviesai. Neįmanoma stebėti dviejų vienodų saulėtekių ar saulėlydžių. To priežastis – tas pats atmosferos sluoksnių mobilumas ir besikeičiančios oro sąlygos.
Saulėlydžio ir saulėtekio metu saulės spinduliai į paviršių keliauja ilgesniu keliu nei dieną. Dėl to išsklaidyta violetinė, mėlyna ir žalia nueina į šonus, o tiesioginė šviesa tampa raudona ir oranžinė. Debesys, dulkės ar ledo dalelės prisideda prie saulėlydžio ir aušros vaizdo,pakibęs ore. Per juos prasiskverbianti šviesa lūžta ir nuspalvina dangų įvairiais atspalviais. Priešingoje nuo Saulės horizonto dalyje dažnai galima stebėti vadinamąją Veneros juostą – rožinę juostelę, skiriančią tamsų nakties dangų ir mėlyną dienos dangų. Gražus optinis reiškinys, pavadintas romėnų meilės deivės vardu, matomas prieš aušrą ir po saulėlydžio.
Vaivorykštės tiltas
Galbūt jokie kiti šviesos reiškiniai atmosferoje nesukelia tiek daug mitologinių siužetų ir pasakų vaizdų, kaip tie, kurie siejami su vaivorykšte. Lankas arba apskritimas, susidedantis iš septynių spalvų, visiems žinomas nuo vaikystės. Gražus atmosferos reiškinys, atsirandantis lietaus metu, kai saulės spinduliai prasiskverbia pro lašus, žavi net tuos, kurie nuodugniai ištyrė jo prigimtį.
Ir vaivorykštės fizika šiandien niekam nėra paslaptis. Saulės šviesa, laužyta lietaus ar rūko lašų, skyla. Dėl to stebėtojas mato septynias spektro spalvas nuo raudonos iki violetinės. Neįmanoma apibrėžti ribų tarp jų. Spalvos sklandžiai susilieja viena su kita per kelis atspalvius.
Stebint vaivorykštę, saulė visada būna už žmogaus. Iridos šypsenos centras (kaip senovės graikai vadino vaivorykštę) yra ties linija, einančioje per stebėtoją ir dienos šviesą. Vaivorykštė paprastai atrodo kaip puslankis. Jo dydis ir forma priklauso nuo Saulės padėties ir taško, kuriame yra stebėtojas. Kuo aukštesnis šviesulys virš horizonto, tuo mažesnis galimo pasirodymo ratas.vaivorykštės. Kai Saulė praskrieja 42º virš horizonto, Žemės paviršiuje esantis stebėtojas nemato vaivorykštės. Kuo aukščiau virš jūros lygio žmogus, norintis pasigrožėti Iridos šypsena, tuo didesnė tikimybė, kad jis pamatys ne lanką, o apskritimą.
Dviguba, siaura ir plati vaivorykštė
Dažnai kartu su pagrindine galite pamatyti vadinamąją antrinę vaivorykštę. Jei pirmasis susidaro dėl vieno šviesos atspindžio, tada antrasis yra dvigubo atspindžio rezultatas. Be to, pagrindinė vaivorykštė išsiskiria tam tikra spalvų tvarka: raudona yra išorėje, o violetinė – viduje, kuri yra arčiau Žemės paviršiaus. Šoninis „tiltas“yra seka atvirkštinis spektras: violetinė yra viršuje. Taip atsitinka todėl, kad lietaus lašo spinduliai atsispindi nuo dvigubo atspindžio skirtingais kampais.
Vaivorykštės skiriasi spalvų intensyvumu ir pločiu. Ryškiausi ir gana siauri pasirodo po vasaros perkūnijos. Dideli lašai, būdingi tokiam lietui, sukuria ryškiai matomą vaivorykštę su skirtingomis spalvomis. Maži lašeliai suteikia neryškesnę ir mažiau pastebimą vaivorykštę.
Optiniai reiškiniai atmosferoje: aurora borealis
Vienas gražiausių atmosferos optinių reiškinių yra pašvaistė. Jis būdingas visoms planetoms, turinčioms magnetosferą. Žemėje auroros stebimos didelėse platumose abiejuose pusrutuliuose, aplinkinėse zonoseplanetos magnetiniai poliai. Dažniausiai galite pamatyti žalsvą arba melsvai žalią švytėjimą, kurį kartais papildo raudonos ir rožinės spalvos blyksniai išilgai kraštų. Intensyvi aurora borealis formuojama kaip juostelės arba audinio klostės, kurios išblukus virsta dėmėmis. Tamsaus dangaus fone išilgai apatinio krašto puikiai išsiskiria kelių šimtų kilometrų aukščio juostos. Viršutinė auroros riba prarasta danguje.
Šie gražūs optiniai reiškiniai atmosferoje vis dar saugo savo paslaptis nuo žmonių: tam tikrų tipų liuminescencijos atsiradimo mechanizmas, traškėjimo priežastis aštrių blyksnių metu, nebuvo iki galo ištirtas. Tačiau bendras aurorų formavimosi vaizdas šiandien žinomas. Dangų virš šiaurės ir pietų ašigalių puošia žalsvai rožinis švytėjimas, kai saulės vėjo įkrautos dalelės susiduria su atomais viršutinėje Žemės atmosferoje. Pastarieji dėl sąveikos gauna papildomos energijos ir išskiria ją šviesos pavidalu.
Halo
Saulė ir mėnulis dažnai pasirodo prieš mus apsupti švytėjimo, primenančio aureolę. Ši aureolė yra gerai matomas žiedas aplink šviesos š altinį. Atmosferoje jis dažniausiai susidaro dėl mažiausių ledo dalelių, kurios sudaro plunksninius debesis aukštai virš Žemės. Priklausomai nuo kristalų formos ir dydžio, keičiasi reiškinio charakteristikos. Dažnai aureolė įgauna vaivorykštės apskritimo formą dėl šviesos pluošto suskaidymo į spektrą.
Įdomi reiškinio atmaina vadinama parhelionu. Dėl šviesos lūžio ledo kristaluoseSaulės lygyje susidaro dvi ryškios dėmės, primenančios dienos šviesą. Istorinėse kronikose galima rasti šio reiškinio aprašymų. Anksčiau jis dažnai buvo laikomas baisių įvykių pradininku.
Miražas
Miražai taip pat yra optiniai reiškiniai atmosferoje. Jie atsiranda dėl šviesos lūžio ties oro sluoksnių, kurių tankis labai skiriasi, ribos. Literatūroje aprašoma daug atvejų, kai keliautojas dykumoje pamatė oazes ar net miestus, pilis, kurių negalėjo būti šalia. Dažniausiai tai yra „žemesni“miražai. Jie kyla virš lygaus paviršiaus (dykumos, asf alto) ir atspindi dangaus vaizdą, kuris stebėtojui atrodo kaip vandens telkinys.
Vadinamieji pranašesni miražai yra mažiau paplitę. Jie susidaro ant š altų paviršių. Pranašesni miražai yra tiesūs ir apversti, kartais derina abi pozicijas. Žymiausias šių optinių reiškinių atstovas yra Fata Morgana. Tai sudėtingas miražas, kuriame vienu metu derinami kelių tipų atspindžiai. Realūs objektai pasirodo prieš stebėtoją, pakartotinai atspindėti ir sumaišyti.
Atmosferos elektra
Elektriniai ir optiniai reiškiniai atmosferoje dažnai minimi kartu, nors jų atsiradimo priežastys yra skirtingos. Debesų poliarizacija ir žaibo formavimasis yra susiję su procesais, vykstančiais troposferoje ir jonosferoje. Milžiniškos kibirkšties iškrovos dažniausiai susidaro per perkūniją. Žaibas įvyksta debesų viduje ir gali trenkti į žemę. Jie kelia pavojų gyvybeižmonių, ir tai yra viena iš mokslinio susidomėjimo tokiais reiškiniais priežasčių. Kai kurios žaibo savybės tyrinėtojams vis dar yra paslaptis. Šiandien kamuolinio žaibo priežastis nežinoma. Kaip ir kai kurie auroros ir miražų teorijos aspektai, elektros reiškiniai ir toliau intriguoja mokslininkus.
Straipsnyje trumpai aprašyti optiniai reiškiniai atmosferoje kasdien darosi vis labiau suprantami fizikams. Tuo pačiu metu jie, kaip žaibas, nenustoja stebinti žmonių savo grožiu, paslaptingumu ir kartais didingumu.
