De 6e klas bestudeert het onderwerp "Optische verschijnselen in de atmosfeer" op school. Het is echter niet alleen van belang voor de onderzoekende geest van een kind. Optische verschijnselen in de atmosfeer combineren enerzijds de regenboog, de verandering in de kleur van de lucht tijdens zonsopkomsten en zonsondergangen, door iedereen meer dan eens gezien. Aan de andere kant bevatten ze mysterieuze luchtspiegelingen, valse manen en zonnen, indrukwekkende halo's die in het verleden mensen doodsbang maakten. Het mechanisme van vorming van sommige van hen blijft tot op de dag van vandaag onduidelijk, maar het algemene principe waarmee optische fenomenen in de natuur "leven" is goed bestudeerd door de moderne natuurkunde.
Luchtschelp
De atmosfeer van de aarde is een schil die bestaat uit een mengsel van gassen en zich ongeveer 100 km boven zeeniveau uitstrekt. De dichtheid van de luchtlaag verandert met de afstand tot de aarde: de hoogste waarde ligt aan het oppervlak van de planeet, deze neemt af met de hoogte. De atmosfeer kan geen statische formatie worden genoemd. Lagen van de gasvormige omhullingvoortdurend bewegen en mengen. Hun kenmerken veranderen: temperatuur, dichtheid, bewegingssnelheid, transparantie. Al deze nuances beïnvloeden de zonnestralen die naar het oppervlak van de planeet stromen.
Optisch systeem
De processen die in de atmosfeer plaatsvinden, evenals de samenstelling ervan, dragen bij aan de absorptie, breking en reflectie van lichtstralen. Sommigen van hen bereiken het doel - het aardoppervlak, de andere wordt verstrooid of teruggestuurd naar de ruimte. Als gevolg van de kromming en weerkaatsing van licht, het verval van een deel van de stralen tot een spectrum, enzovoort, ontstaan er verschillende optische verschijnselen in de atmosfeer.
Atmosferische optiek
In de tijd dat de wetenschap nog in de kinderschoenen stond, verklaarden mensen optische verschijnselen op basis van de heersende ideeën over de structuur van het heelal. De regenboog verbond de menselijke wereld met het goddelijke, het verschijnen van twee valse zonnen aan de hemel getuigde van de naderende catastrofes. Tegenwoordig hebben de meeste verschijnselen die onze verre voorouders bang maakten een wetenschappelijke verklaring gekregen. Atmosferische optica houdt zich bezig met de studie van dergelijke verschijnselen. Deze wetenschap beschrijft optische verschijnselen in de atmosfeer op basis van de wetten van de fysica. Ze kan uitleggen waarom de lucht overdag blauw is, maar van kleur verandert tijdens zonsondergang en zonsopgang, hoe een regenboog ontstaat en waar luchtspiegelingen vandaan komen. Talloze studies en experimenten maken het tegenwoordig mogelijk om optische fenomenen in de natuur te begrijpen, zoals het verschijnen van lichtgevende kruisen, Fata Morgana, regenbooghalo's.
Blauwe lucht
Kleur van de luchtzo vertrouwd dat we er zelden over nadenken waarom het zo is. Toch weten natuurkundigen het antwoord goed. Newton bewees dat onder bepaalde omstandigheden een lichtstraal kan worden ontleed in een spectrum. Bij het passeren van de atmosfeer wordt het deel dat overeenkomt met de blauwe kleur beter verspreid. Het rode gedeelte van zichtbare straling wordt gekenmerkt door een langere golflengte en is 16 keer slechter dan het violet wat betreft de mate van verstrooiing.
Tegelijk zien we de lucht niet paars, maar blauw. De reden hiervoor ligt in de eigenaardigheden van de structuur van het netvlies en de verhouding van delen van het spectrum in zonlicht. Onze ogen zijn gevoeliger voor blauw en het violette deel van het spectrum van de zon is minder intens dan blauw.
Scharlaken zonsondergang
Toen mensen erachter kwamen wat de atmosfeer is, waren optische fenomenen voor hen geen bewijs of een voorteken van verschrikkelijke gebeurtenissen. De wetenschappelijke benadering interfereert echter niet met het esthetische plezier van kleurrijke zonsondergangen en zachte zonsopgangen. Fel rood en oranje, samen met roze en blauw, maken geleidelijk plaats voor nachtelijke duisternis of ochtendlicht. Het is onmogelijk om twee identieke zonsopgangen of zonsondergangen waar te nemen. En de reden hiervoor ligt in dezelfde mobiliteit van atmosferische lagen en veranderende weersomstandigheden.
Tijdens zonsondergangen en zonsopgangen leggen de zonnestralen een langere weg naar de oppervlakte af dan overdag. Dientengevolge gaan diffuus violet, blauw en groen naar de zijkanten en direct licht wordt rood en oranje. Wolken, stof of ijsdeeltjes dragen bij aan het beeld van zonsondergang en zonsopgang,in de lucht hangen. Het licht wordt gebroken als het er doorheen gaat en kleurt de lucht in verschillende tinten. Aan het deel van de horizon tegenover de zon kan men vaak de zogenaamde Venusgordel zien - een roze strook die de donkere nachthemel en de blauwe daghemel scheidt. Het prachtige optische fenomeen, genoemd naar de Romeinse godin van de liefde, is zichtbaar voor zonsopgang en na zonsondergang.
Regenboogbrug
Misschien roept geen enkel ander lichtfenomeen in de atmosfeer zoveel mythologische plots en sprookjesachtige beelden op als die geassocieerd met de regenboog. De boog of cirkel, bestaande uit zeven kleuren, is al sinds zijn kindertijd bij iedereen bekend. Een prachtig atmosferisch fenomeen dat optreedt tijdens regen, wanneer de zonnestralen door de druppels gaan, fascineert zelfs degenen die de aard ervan grondig hebben bestudeerd.
En de fysica van de regenboog van vandaag is voor niemand een geheim. Zonlicht, gebroken door regendruppels of mist, splijt. Als resultaat ziet de waarnemer zeven kleuren van het spectrum, van rood tot violet. Het is onmogelijk om de grenzen daartussen te definiëren. Kleuren vloeien vloeiend in elkaar over door verschillende tinten.
Bij het observeren van een regenboog staat de zon altijd achter de persoon. Het middelpunt van Irida's glimlach (zoals de oude Grieken de regenboog noemden) bevindt zich op een lijn die door de waarnemer en het daglicht gaat. Een regenboog verschijnt meestal als een halve cirkel. De grootte en vorm zijn afhankelijk van de positie van de zon en het punt waarop de waarnemer zich bevindt. Hoe hoger het licht boven de horizon, hoe lager de cirkel van mogelijke verschijning v alt.regenbogen. Wanneer de zon 42º boven de horizon passeert, kan een waarnemer op het aardoppervlak de regenboog niet zien. Hoe hoger iemand boven zeeniveau is die de glimlach van Irida wil bewonderen, hoe groter de kans dat hij geen boog ziet, maar een cirkel.
Dubbele, smalle en brede regenboog
Vaak kun je, samen met de hoofdregenboog, de zogenaamde secundaire regenboog zien. Als de eerste wordt gevormd als gevolg van een enkele reflectie van licht, dan is de tweede het resultaat van een dubbele reflectie. Bovendien onderscheidt de hoofdregenboog zich door een bepaalde volgorde van kleuren: rood bevindt zich aan de buitenkant en paars bevindt zich aan de binnenkant, wat zich dichter bij het aardoppervlak bevindt. De "brug" aan de zijkant is het spectrum dat in volgorde is omgekeerd: violet staat bovenaan. Dit gebeurt omdat de stralen van een regendruppel worden gereflecteerd door een dubbele reflectie onder verschillende hoeken.
Regenbogen variëren in kleurintensiteit en breedte. De helderste en vrij smalle verschijnen na een zomeronweer. Grote druppels, kenmerkend voor dergelijke regen, geven aanleiding tot een goed zichtbare regenboog met duidelijke kleuren. Kleine druppeltjes geven een wazigere en minder opvallende regenboog.
Optische verschijnselen in de atmosfeer: aurora borealis
Een van de mooiste atmosferische optische fenomenen is de aurora. Het is kenmerkend voor alle planeten met een magnetosfeer. Op aarde worden aurora's waargenomen op hoge breedtegraden in beide hemisferen, in zones rondommagnetische polen van de planeet. Meestal zie je een groenachtige of blauwgroene gloed, soms aangevuld met flitsen van rood en roze langs de randen. De intense aurora borealis heeft de vorm van linten of plooien van stof, die bij het vervagen in vlekken veranderen. Strepen van enkele honderden kilometers hoog steken langs de onderrand goed af tegen de donkere lucht. De bovengrens van de aurora gaat verloren in de lucht.
Deze prachtige optische fenomenen in de atmosfeer hebben nog steeds hun geheimen voor mensen: het mechanisme van het optreden van bepaalde soorten luminescentie, de oorzaak van knetteren tijdens scherpe flitsen, is niet volledig onderzocht. Het algemene beeld van de vorming van aurora's is tegenwoordig echter bekend. De lucht boven de noord- en zuidpool is versierd met een groenachtig roze gloed als geladen deeltjes van de zonnewind in botsing komen met atomen in de bovenste atmosfeer van de aarde. Deze laatste ontvangen als gevolg van de interactie extra energie en zenden deze uit in de vorm van licht.
Halo
De zon en de maan verschijnen vaak voor ons, omringd door een gloed die op een halo lijkt. Deze halo is een goed zichtbare ring rond de lichtbron. In de atmosfeer wordt het meestal gevormd door de kleinste ijsdeeltjes waaruit cirruswolken hoog boven de aarde bestaan. Afhankelijk van de vorm en grootte van de kristallen veranderen de kenmerken van het fenomeen. Vaak neemt de halo de vorm aan van een regenboogcirkel als gevolg van de ontbinding van de lichtstraal in een spectrum.
Een interessante variant van het fenomeen wordt parhelion genoemd. Als gevolg van de breking van licht in ijskristallen opTer hoogte van de zon worden twee heldere vlekken gevormd, die op daglicht lijken. In historische kronieken vindt men beschrijvingen van dit fenomeen. In het verleden werd het vaak beschouwd als een voorbode van verschrikkelijke gebeurtenissen.
Mirage
Luchtspiegelingen zijn ook optische fenomenen in de atmosfeer. Ze ontstaan als gevolg van de breking van licht op de grens tussen luchtlagen die aanzienlijk verschillen in dichtheid. De literatuur beschrijft veel gevallen waarin een reiziger in de woestijn oases of zelfs steden en kastelen zag die niet in de buurt konden zijn. Meestal zijn dit "lagere" luchtspiegelingen. Ze ontstaan boven een plat oppervlak (woestijn, asf alt) en vertegenwoordigen een gereflecteerd beeld van de lucht, die voor de waarnemer lijkt op een waterlichaam.
De zogenaamde superieure luchtspiegelingen komen minder vaak voor. Ze vormen zich over koude oppervlakken. Superieure luchtspiegelingen zijn recht en omgekeerd, soms combineren ze beide posities. De bekendste vertegenwoordiger van deze optische fenomenen is Fata Morgana. Dit is een complexe luchtspiegeling die verschillende soorten reflecties tegelijk combineert. Echte objecten verschijnen voor de waarnemer, herhaaldelijk gereflecteerd en gemengd.
Atmosferische elektriciteit
Elektrische en optische verschijnselen in de atmosfeer worden vaak samen genoemd, hoewel de oorzaken van hun optreden verschillend zijn. De polarisatie van wolken en de vorming van bliksem worden geassocieerd met processen die plaatsvinden in de troposfeer en ionosfeer. Gigantische vonkenontladingen worden meestal gevormd tijdens een onweersbui. Bliksem komt voor in wolken en kan de grond raken. Ze zijn levensbedreigendmensen, en dit is een van de redenen voor de wetenschappelijke belangstelling voor dergelijke verschijnselen. Sommige eigenschappen van bliksem zijn nog steeds een mysterie voor onderzoekers. Tegenwoordig is de oorzaak van bolbliksem onbekend. Zoals met sommige aspecten van de aurora- en luchtspiegelingstheorie, blijven elektrische verschijnselen wetenschappers intrigeren.
Optische verschijnselen in de atmosfeer, kort beschreven in het artikel, worden elke dag meer en meer begrijpelijk voor natuurkundigen. Tegelijkertijd blijven ze, net als de bliksem, mensen verbazen met hun schoonheid, mysterie en soms grootsheid.
