Електрически и оптични явления в атмосферата
В училище изучава темата "Оптични явления в атмосферата" 6 клас. Той обаче представлява интерес не само за любознателния детски ум. Оптичните явления в атмосферата, от една страна, обединяват дъга, промяна в цвета на небето по време на изгреви и залези, виждана от всички повече от веднъж. 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 неразбираем и до днес, но общият принцип, по който оптичните явления "живеят" в природата, е добре проучен от съвременната физика.
Въздушна обвивка
Земната атмосфера е обвивка, състояща се от смес от газове и простираща се на около 100 км над морското равнище. Плътността на въздушния слой се променя с отдалечаване от земята: най-голямата му стойност е на повърхността на планетата, с височина тя намалява. Атмосферата не е статична формация. Слоевете на газовата обвивка се движат постоянно и се смесват. Техните характеристики се променят: температура, плътност, скорост на движение, прозрачност. Всички тези нюанси влияят върху слънчевите лъчи, които се втурват към повърхността на планетата.
Оптична система
Процесите, протичащи в атмосферата, както и нейният състав, допринасят за абсорбирането, пречупването и отражението на светлинните лъчи. Някои от тях достигат целта - земната повърхност, другата се разпръсква или пренасочва обратно в космоса. В резултат на кривината и отражението на светлината, разпадането на част от лъчите в спектър и т.н., в атмосферата се образуват различни оптични явления.
Атмосферна оптика
Във време, когато науката беше едва в зародиш, хората обясняваха оптичните явления въз основа на преобладаващите идеи за устройството на Вселената. Дъгата свързваше човешкия свят с божествения, появата на две лъжливи Слънца в небето свидетелстваше за наближаващите катастрофи. Днес повечето явления, изплашили нашите далечни предци, са получили научно обяснение. Атмосферната оптика изучава подобни явления. Тази наука описва оптичните явления в атмосферата въз основа на законите на физиката. Тя е в състояние да обясни защо небето е синьо през деня, а по време на залез и зазоряване променя цвета си, как се образува дъга и откъде идват миражите. Многобройни изследвания и експерименти днес дават възможност да се разберат такива оптични явления в природата като появата на светещи кръстове, Fata Morgana, дъгови ореоли.
Синьо небе
Цветът на небето е толкова познат, че рядко се чудим защо е така. Въпреки това физиците добре знаят отговора. Нютон доказа, че лъч светлина се разлага в спектър при определени условия. При преминаване през атмосферата неговата част, съответстваща на синия цвят, се дифузира по-добре. Червеният участък на видимата радиация се характеризира с по-голяма дължина на вълната и е 16 пъти по-нисък от виолетовия по степен на разсейване.
В този случай виждаме небето не лилаво, а синьо. Причината за това се крие в характеристиките на ретината и съотношението на зоните на спектъра на слънчева светлина. Очите ни са по-чувствителни към синьото, а виолетовата област в спектъра на светилото е по-малко интензивна от синята.
Алено залез
Когато хората разбрали каква е атмосферата, оптичните явления престават да бъдат доказателство за тях или знамение за страховити събития. Научният подход обаче не ви пречи да получите естетическо удоволствие от цветни залези и нежни изгреви. Ярките червени и портокали, заедно с розовите и сините, 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 мобилност на атмосферните слоеве и промяната в метеорологичните условия.
По време на залези и изгреви слънчевите лъчи изминават по-голямо разстояние до повърхността, отколкото през деня. В резултат дифузното виолетово, синьо и зелено преминават отстрани, а директната светлина е оцветена в червено и оранжево. Облаци, прах или ледени частици, окачени във въздуха, допринасят за картината на здрача и зазоряването. Светлината се пречупва, когато преминава през тях и оцветява небето в най-различни нюанси. На противоположния хоризонт от Слънцето често може да се наблюдава така нареченият Венерен пояс - розова ивица, разделяща тъмното нощно небе и синьото дневно небе. Красив оптичен феномен, кръстен на римската богиня на любовта, видян преди изгрев и след залез.
Мост на дъгата
Може би никой друг светлинен феномен в атмосферата не си спомня толкова много митологични сюжети и приказни образи, колкото са свързани с дъга. Дъга или кръг, състоящ се от седем цвята, е познат на всеки от детството. Красиво атмосферно явление, което се случва по време на дъжд, когато слънчевите лъчи преминават през капките, очарова дори тези, които са проучили задълбочено неговата природа.
И физиката на дъгата не е тайна за никого днес. Слънчевата светлина, пречупена от капки дъжд или мъгла, се разделя. В резултат наблюдателят вижда седем цвята на спектъра, от червен до виолетов. Границите между тях не могат да бъдат определени. Цветовете плавно преминават един в друг през няколко нюанса.
Когато наблюдавате дъга, слънцето винаги е зад гърба на човека. Центърът на усмивката на Ирис (както древните гърци наричали дъгата) е разположен на линията, минаваща през наблюдателя и дневната светлина. Обикновено дъгата се появява като полукръг. Размерът и формата му зависят от позицията на Слънцето и точката, в която се намира наблюдателят. Колкото по-високо е светилото над хоризонта, толкова по-нисък е кръгът на възможната поява на дъга. Когато Слънцето надвиши 42 градуса над хоризонта, наблюдател на земната повърхност не може да види дъгата. Колкото по-високо над морското равнище се намира човек, който иска да се възхищава на усмивката на Ириса, толкова по-вероятно е да види не дъга, а кръг.
Двойна, тясна и широка дъга
Често, заедно с основната, можете да видите така наречената странична дъга. Ако първият се формира в резултат на единично отражение на светлината, то вторият е резултат от двойно. Освен това основната дъга се различава в определен ред на цветовете: червеното е разположено отвън, а лилавото отвътре, което е по-близо до повърхността на Земята. Страничният "мост" е спектър, обратен на последователността: виолетовото е отгоре. Това е така, защото двойното отражение на дъждовните капки оставя лъчите под различни ъгли.
Дъгите се различават по интензивност и ширина на цвета. Най-ярките и доста тесни се появяват след лятна гръмотевична буря. Големите капки, характерни за този вид дъжд, пораждат ясно видима дъга с отчетливи цветове. Малките капки произвеждат по-неясна и по-малко видима дъга.
Оптични явления в атмосферата: сияние
Едно от най-красивите атмосферни оптични явления е полярното сияние. Характерен е за всички планети с магнитосфера. На Земята полярните сияния се наблюдават на високи географски ширини и в двете полукълба, в зоните около магнитните 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 избледняват на 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 тайните си от хората: механизмът на появата на някои видове сияние, причината за пукането, което се появява по време на остри светкавици, не е напълно проучен. Общата картина на формирането на полярните сияния обаче е известна днес. Небето над северния и южния полюс е украсено със зеленикаво-розово сияние, тъй като заредените частици от слънчевия вятър се сблъскват с атоми в горните слоеве на Земята. Последните, в резултат на взаимодействие, получават допълнителна енергия и я излъчват под формата на светлина.
Слънцето и луната често се появяват пред нас, заобиколени от блясък, който прилича на ореол. Този ореол е силно видим пръстен около източника на светлина. В атмосферата той най-често се образува поради най-малките частици лед, които съставляват цирсови облаци високо над Земята. Характеристиките на явлението се променят в зависимост от формата и размера на кристалите. Често ореолът приема формата на дъгов кръг в резултат на разлагането на светлинен лъч в спектър.
Интересен тип феномен се нарича пархелия. В резултат на пречупването на светлината в ледените кристали на нивото на Слънцето се образуват две ярки петна, наподобяващи дневна светлина. В историческите хроники можете да намерите описания на това явление. В миналото често се смяташе за предвестник на ужасни събития.
Миражите също са оптични явления в атмосферата. Те възникват в резултат на пречупване на светлината на границата между слоевете въздух, които се различават значително по плътност. Литературата описва 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 се появяват върху равна повърхност (пустиня, асфалт) и представляват отразено изображение на небето, което изглежда на наблюдателя като резервоар.
Така наречените горни миражи са по-рядко срещани. Те се образуват върху студена повърхност. Горните миражи са прави и обърнати, понякога съчетават и двете позиции. Най-известният представител на тези оптични явления е Фата Моргана. Това е сложен мираж, който съчетава няколко вида отражения наведнъж. Обектите от реалния живот се появяват пред наблюдателя, многократно се отразяват и смесват.
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. По време на гръмотевична буря обикновено се образуват гигантски искрови разряди. Мълнията се появява в облаците и може да удари земята. Те представляват заплаха за човешкия живот и това е една от причините за научния интерес към подобни явления. Някои свойства на мълнията все още са загадка за изследователите. Причината за сферичната мълния е неизвестна днес. Както при някои аспекти на теорията за полярните сияния 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 радват хората със своята красота, загадъчност и понякога величие.