6. razred uči u školi temu „Optičke pojave u atmosferi“. Međutim, to nije od interesa samo za radoznali um djeteta. Optički fenomeni u atmosferi, s jedne strane, kombinuju dugu, promjenu boje neba pri izlasku i zalasku sunca, koju svi vide više puta. S druge strane, tu su misteriozne fatamorgane, lažni Mjeseci i Sunca, impresivni oreoli koji su u prošlosti užasavali ljude. Mehanizam nastanka nekih od njih i danas ostaje nejasan do kraja, međutim, opšti princip po kojem optički fenomeni "žive" u prirodi je dobro proučavan od strane moderne fizike.
Zračna školjka
Zemljina atmosfera je ljuska koja se sastoji od mješavine plinova i prostire se na oko 100 km nadmorske visine. Gustina vazdušnog sloja se menja sa rastojanjem od zemlje: njegova najveća vrednost je na površini planete, opada sa visinom. Atmosfera se ne može nazvati statičnom formacijom. Slojevi gasnog omotačastalno se kreće i miješa. Njihove karakteristike se mijenjaju: temperatura, gustina, brzina kretanja, prozirnost. Sve ove nijanse utiču na sunčeve zrake koje jure na površinu planete.
Optički sistem
Procesi koji se dešavaju u atmosferi, kao i njen sastav, doprinose apsorpciji, prelamanju i refleksiji svetlosnih zraka. Neki od njih stignu do cilja - zemljine površine, drugi se raspršuju ili preusmjeravaju nazad u svemir. Kao rezultat zakrivljenosti i refleksije svjetlosti, raspadanja dijela zraka u spektar i tako dalje, u atmosferi nastaju različite optičke pojave.
Atmosferska optika
U vrijeme kada je nauka bila u povojima, ljudi su objašnjavali optičke fenomene na osnovu preovlađujućih ideja o strukturi Univerzuma. Duga je povezivala ljudski svijet sa božanskim, pojava dva lažna Sunca na nebu svjedočila je o približavanju katastrofa. Danas je većina pojava koje su plašile naše daleke pretke dobila naučno objašnjenje. Atmosferska optika se bavi proučavanjem takvih pojava. Ova nauka opisuje optičke pojave u atmosferi na osnovu zakona fizike. Ona je u stanju da objasni zašto je nebo plavo tokom dana, ali menja boju tokom zalaska sunca i zore, kako nastaje duga i odakle dolaze fatamorgane. Brojna istraživanja i eksperimenti danas omogućavaju razumijevanje takvih optičkih fenomena u prirodi kao što su pojava svjetlećih krstova, Fata Morgana, duginih oreola.
Plavo nebo
Boja nebatoliko poznato da retko razmišljamo zašto je to tako. Ipak, fizičari dobro znaju odgovor. Njutn je dokazao da se pod određenim uslovima snop svetlosti može razložiti u spektar. Prilikom prolaska kroz atmosferu, dio koji odgovara plavoj boji se bolje raspršuje. Crveni dio vidljivog zračenja karakteriše duža talasna dužina i 16 puta je inferioran u odnosu na ljubičastu u pogledu stepena raspršenja.
U isto vrijeme, nebo vidimo ne ljubičasto, već plavo. Razlog tome leži u posebnostima strukture mrežnice i omjeru dijelova spektra na sunčevoj svjetlosti. Naše oči su osjetljivije na plavu, a ljubičasti dio sunčevog spektra je manje intenzivan od plave boje.
Scarlet sunset
Kada su ljudi shvatili kakva je atmosfera, optički fenomeni su za njih prestali da budu dokaz ili predznak strašnih događaja. Međutim, znanstveni pristup ne ometa estetski užitak od šarenih zalazaka i nježnih izlazaka sunca. Jarko crvene i narandže, zajedno sa ružičastim i plavim, postepeno ustupaju mjesto noćnoj tami ili jutarnjoj svjetlosti. Nemoguće je posmatrati dva identična izlaska ili zalaska sunca. A razlog tome leži u istoj pokretljivosti atmosferskih slojeva i promjenjivim vremenskim prilikama.
Tokom zalazaka i izlazaka sunca, sunčevi zraci putuju dužim putem do površine nego tokom dana. Kao rezultat toga, difuzno ljubičasta, plava i zelena idu na strane, a direktno svjetlo postaje crveno i narančasto. Oblaci, prašina ili čestice leda doprinose slici zalaska sunca i zore,visi u vazduhu. Svjetlost se lomi dok prolazi kroz njih i boji nebo u razne nijanse. Na dijelu horizonta suprotnom od Sunca često se može uočiti takozvani Venerin pojas - ružičasta traka koja razdvaja tamno noćno nebo i plavo dnevno nebo. Prekrasan optički fenomen, nazvan po rimskoj boginji ljubavi, vidljiv je prije zore i nakon zalaska sunca.
Dugin most
Možda nijedna druga svjetlosna pojava u atmosferi ne izaziva toliko mitoloških zapleta i bajkovitih slika kao one povezane s dugom. Luk ili krug, koji se sastoji od sedam boja, poznat je svima od djetinjstva. Prekrasan atmosferski fenomen koji nastaje za vrijeme kiše, kada sunčevi zraci prolaze kroz kapi, fascinira čak i one koji su dobro proučili njegovu prirodu.
A fizika duge danas nije nikome tajna. Sunčeva svetlost, prelomljena kapima kiše ili magle, se cepa. Kao rezultat, posmatrač vidi sedam boja spektra, od crvene do ljubičaste. Nemoguće je odrediti granice između njih. Boje se glatko stapaju jedna u drugu kroz nekoliko nijansi.
Kada se posmatra duga, sunce je uvek iza osobe. Centar Iridinog osmeha (kako su stari Grci nazivali dugu) nalazi se na liniji koja prolazi kroz posmatrača i dnevnu svetlost. Duga se obično pojavljuje kao polukrug. Njegova veličina i oblik zavise od položaja Sunca i tačke u kojoj se posmatrač nalazi. Što je više svjetiljka iznad horizonta, krug moguće pojave pada niže.duge. Kada Sunce prođe 42º iznad horizonta, posmatrač na površini Zemlje ne može vidjeti dugu. Što je viši iznad nivoa mora osoba koja želi da se divi Iridinom osmijehu, veća je vjerovatnoća 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 se razlikuje po određenom redoslijedu 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. Ovo se dešava zato što se zraci kišne kapi reflektuju od dvostruke refleksije pod različitim uglovima.
Duge se razlikuju po intenzitetu i širini boje. Najsjajnije i prilično uske 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. Karakteristično je za sve planete sa magnetosferom. Na Zemlji, aurore se primećuju na visokim geografskim širinama u obe hemisfere, u okolnim zonamamagnetnih polova planete. Najčešće možete vidjeti zelenkasti ili plavo-zeleni sjaj, ponekad dopunjen bljeskovima crvene i ružičaste boje duž rubova. Intenzivna aurora borealis je u obliku traka ili nabora tkanine, koji se pretvaraju u mrlje kada blijedi. Duž donjeg ruba na tamnom nebu dobro se ističu pruge visoke nekoliko stotina kilometara. Gornja granica aurore je izgubljena na nebu.
Ovi prekrasni optički fenomeni u atmosferi još uvijek čuvaju svoje tajne od ljudi: mehanizam nastanka određenih vrsta luminiscencije, uzroka pucketanja pri oštrim bljeskovima, nije do kraja proučen. Međutim, opća slika formiranja aurore danas je poznata. Nebo iznad sjevernog i južnog pola krasi zelenkasto-ružičasti sjaj dok se nabijene čestice sunčevog vjetra sudaraju s atomima u gornjoj atmosferi Zemlje. Potonji, kao rezultat interakcije, primaju dodatnu energiju i emituju je u obliku svjetlosti.
Halo
Sunce i mjesec se često pojavljuju pred nama okruženi sjajem koji podsjeća na oreol. Ovaj oreol je vrlo vidljiv prsten oko izvora svjetlosti. U atmosferi najčešće nastaje zbog najsitnijih čestica leda koje čine cirusne oblake visoko iznad Zemlje. U zavisnosti od oblika i veličine kristala, karakteristike fenomena se menjaju. Često oreol poprima oblik duginog kruga kao rezultat razlaganja svetlosnog snopa u spektar.
Zanimljiva vrsta fenomena naziva se parhelion. Kao rezultat prelamanja svjetlosti u kristalima leda naNa nivou Sunca formiraju se dve svetle tačke koje podsećaju na dnevnu svetlost. U istorijskim hronikama se mogu naći opisi ovog fenomena. U prošlosti se često smatralo predznakom strašnih događaja.
Mirage
Mirage su takođe optički fenomeni u atmosferi. Oni nastaju kao rezultat prelamanja svjetlosti na granici između slojeva zraka koji se značajno razlikuju po gustoći. Literatura opisuje mnoge slučajeve 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 posmatraču čini kao vodeno tijelo.
Takozvane superiorne fatamorgane su manje uobičajene. Nastaju na hladnim površinama. Superiorne fatamorgane su ravne i obrnute, ponekad kombinuju oba položaja. Najpoznatiji predstavnik ovih optičkih fenomena je Fata Morgana. Ovo je složena fatamorgana koja kombinira nekoliko vrsta refleksija odjednom. Pred posmatračem se pojavljuju predmeti iz stvarnog života, više puta reflektovani i mešani.
Atmosferska struja
Električne i optičke pojave u atmosferi često se pominju zajedno, iako su uzroci njihovog nastanka različiti. Polarizacija oblaka i stvaranje munja povezani su s procesima koji se odvijaju u troposferi i jonosferi. Ogromna iskrista pražnjenja obično nastaju tokom grmljavine. Munje se pojavljuju unutar oblaka i mogu udariti u tlo. Oni su opasni po životljudi, i to je jedan od razloga za naučno interesovanje za ovakve pojave. Neka svojstva munje su još uvijek misterija za istraživače. Danas je nepoznat uzrok kuglaste munje. Kao i kod nekih aspekata teorije aurore i fatamorgane, električni fenomeni i dalje intrigiraju naučnike.
Optički fenomeni u atmosferi, ukratko opisani u članku, svakim danom postaju sve razumljiviji fizičarima. Istovremeno, oni, poput munje, ne prestaju da oduševljavaju ljude svojom ljepotom, misterijom i ponekad grandioznošću.
