Электрычныя і аптычныя з'явы ў атмасферы

У школе вывучае тэму «Аптычныя з'явы ў атмасферы» 6 клас. Аднак яна ўяўляе цікавасць не толькі для дапытлівага дзіцячага розуму. Аптычныя з'явы ў атмасферы, з аднаго боку, аб'ядноўваюць вясёлку, змяненне колеру неба падчас світанкаў і заходаў, не раз бачаныя усімі. З іншага - у іх лік уваходзяць таямнічыя міражы, ілжывыя Месяца і Сонца, ўражлівыя гало, у мінулым наводзілі жах на людзей. Механізм адукацыі некаторых з іх да канца застаецца незразумелым і сёння, аднак агульны прынцып, па якім «жывуць» аптычныя з'явы ў прыродзе, сучасная фізіка добра вывучыла.

паветраная абалонка

Атмасфера Зямлі ўяўляе сабой абалонку, якая складаецца з сумесі газаў і цягнецца прыкладна на 100 км над узроўнем мора. Шчыльнасць паветранага пласта змяняецца па меры выдалення ад зямлі: найбольшая яе значэнне ў паверхні планеты, з вышынёй яно памяншаецца. Атмасферу нельга назваць статычным фарміраваннем. Пласты газавай абалонкі пастаянна рухаюцца, змешваюцца. Змяняюцца іх характарыстыкі: тэмпература, шчыльнасць, хуткасць перамяшчэння, празрыстасць. Усе гэтыя нюансы ўплываюць на сонечныя прамяні, накіроўваюцца да паверхні планеты.

аптычная сістэма

Працэсы, якія адбываюцца ў атмасферы, а таксама яе склад спрыяюць паглынання, праламлення ці адлюстравання светлавых прамянёў. Частка іх дасягае мэты - зямной паверхні, іншая рассейваецца ці ж перанакіроўваецца назад у касмічную прастору. У выніку скрыўлення і адлюстравання святла, распаду часткі прамянёў на спектр і гэтак далей утвараюцца разнастайныя аптычныя з'явы ў атмасферы.

атмасферная оптыка

У часы, калі навука толькі зараджалася, людзі тлумачылі аптычныя з'явы зыходзячы з існуючых уяўленняў пра прыладу Сусвету. Вясёлка злучала чалавечы свет з чароўным, з'яўленне на небе двух ілжывых Сонцаў сведчыла аб надыходзячых катастрофах. Сёння большасць феноменаў, палохалі нашых далёкіх продкаў, атрымала навуковае тлумачэнне. Вывучэннем падобных феноменаў займаецца атмасферная оптыка. Аптычныя з'явы ў атмасферы гэтая навука апісвае, грунтуючыся на законах фізікі. Яна здольная растлумачыць, чаму неба блакітнае днём, а падчас заходу і світання мяняе колер, як утворыцца вясёлка і адкуль бяруцца міражы. Шматлікія даследаванні і эксперыменты сёння дазваляюць зразумець такія аптычныя з'явы ў прыродзе, як з'яўленне святлівых крыжоў, Фата-моргана, вясёлкавыя гало.

сіняе неба

Колер неба настолькі звыклы, што мы рэдка задумваемся, чаму ён такі. Тым не менш фізікам адказ добра вядомы. Ньютан даказаў, што прамень святла пры пэўных умовах раскладваецца на спектр. Пры праходжанні атмасферы яго частка, якая адпавядае сіняга колеру, рассейваецца лепш. Чырвоны ўчастак бачнага выпраменьвання характарызуецца большай доўгай хвалі і саступае фіялетаваму па ступені рассейвання ў 16 разоў.

Пры гэтым неба мы бачым ня фіялетавым, а блакітным. Прычына гэтага крыецца ў асаблівасцях прылады сятчаткі і суадносінах участкаў спектру ў сонечным святле. Нашы вочы больш адчувальныя да сіняга, а фіялетавы ўчастак у спектры свяціла менш інтэнсіўны, чым сіні.

пунсовы закат

Калі людзі разабраліся, што такое атмасфера, аптычныя з'явы перасталі быць для іх сьведчыць або прадвесцем грозных падзей. Аднак навуковы падыход не перашкаджае атрымліваць эстэтычнае задавальненне ад маляўнічых заходаў і далікатных світанкаў. Яркія чырвоныя і аранжавыя колеры разам з ружовым і блакітным паступова саступаюць начной цемры або ранішнім святле. Немагчыма назіраць два аднолькавых світання або заходу. А прычына гэтага крыецца ва ўсё той жа рухомасці атмасферных слаёў і змене ўмоў надвор'я.

Падчас заходаў і світанкаў сонечныя прамяні пераадольваюць больш доўгі шлях да паверхні, чым днём. У выніку рассеяны фіялетавы, сіні і зялёны сыходзяць у боку, а прамой святло афарбоўваецца ў чырвоны і аранжавы. Сваю лепту ў карціну заходу і світання ўносяць аблокі, пыл ці часцінкі лёду, узважаныя ў паветры. Святло праламляецца, праходзячы праз іх, і афарбоўвае неба ў самыя розныя адценні. На процілеглым ад Сонца участку гарызонту нярэдка можна назіраць так званы Пояс Венеры - ружовую паласу, якая падзяляе начны цёмнае неба і блакітнае дзённае. Прыгожае аптычная з'ява, названае ў гонар рымскай багіні кахання, відаць перад світаннем і пасля заходу.

вясёлкавы мост

Мабыць, ніякія іншыя светлавыя з'явы ў атмасферы не выклікаюць у памяці столькі міфалагічных сюжэтаў і казачных вобразаў, колькі звязаны з вясёлкай. Дуга або акружнасць, якая складаецца з сямі колераў, кожнаму вядомая з дзяцінства. Прыгожае атмасферная з'ява, якое ўзнікае падчас дажджу, калі сонечныя прамяні праходзяць скрозь кроплі, зачароўвае нават тых, хто дасканала вывучыў яго прыроду.

А фізіка вясёлкі сёння ні для каго не сакрэт. Сонечнае святло, пераламляючыся кроплямі дажджу або туману, расшчапляецца. У выніку назіральнік бачыць сем колераў спектру, ад чырвонага да фіялетавага. Мяжы паміж імі вызначыць немагчыма. Колеру плаўна пераходзяць адзін у аднаго праз некалькі адценняў.

Пры назіранні вясёлкі сонца заўсёды размяшчаецца за спіной чалавека. Цэнтр ўсмешкі Ірыды (так называлі вясёлку старажытныя грэкі) размяшчаецца на лініі, якая праходзіць праз назіральніка і дзённае свяціла. Звычайна вясёлка паўстае ў выглядзе паўакружнасці. Яе памер і форма залежаць ад становішча Сонца і кропкі, у якой знаходзіцца назіральнік. Чым вышэй свяціла над гарызонтам, тым ніжэй апускаецца акружнасць магчымага з'яўлення вясёлкі. Калі Сонца пераадольвае адзнаку ў 42º над гарызонтам, назіральнік на паверхні Зямлі не можа ўбачыць вясёлку. Чым вышэй над узроўнем мора размяшчаецца чалавек, які хоча палюбавацца усмешкай Ірыды, тым верагодней, што ён убачыць ня дугу, але акружнасць.

Двайная, вузкая і шырокая вясёлка

Нярэдка разам з асноўнай можна ўбачыць так званую пабочную вясёлку. Калі першая утвараецца ў выніку аднакратнага адлюстравання святла, то другая з'яўляецца вынікам падвойнага. Акрамя таго, асноўная вясёлка адрозніваецца вызначаным парадкам кветак: чырвоны размяшчаецца на вонкавым боку, а фіялетавы - на ўнутранай, якая бліжэй да паверхні Зямлі. Пабочны жа «масток» уяўляе сабой зваротны па паслядоўнасці спектр: фіялетавы аказваецца уверсе. Адбываецца так таму, што пры падвойным адлюстраванні з кроплі дажджу прамяні выходзяць пад іншымі кутамі.

Вясёлкі адрозніваюцца па інтэнсіўнасці колеру і шырыні. Самыя яркія і даволі вузкія з'яўляюцца пасля летняй навальніцы. Вялікія кроплі, характэрныя для такога дажджу, нараджаюць добра прыкметную вясёлку з выразна адрознымі кветкамі. Малыя кроплі даюць больш расплывістую і менш прыкметную вясёлку.

Аптычныя з'явы ў атмасферы: палярнае ззянне

Адно з самых прыгожых атмасферных аптычных з'яў - палярнае ззянне. Яно характэрна для ўсіх планет, якія валодаюць магнітасфэру. На Зямлі палярныя зьзяньні назіраюцца ў высокіх шыротах абодвух паўшар'яў, у зонах, навакольных магнітныя полюса планеты. Часцей за ўсё можна бачыць зеленаватая альбо сіне-зялёнае свячэнне, часам дапоўненае па краях пошугамі чырвонага і ружовага. Інтэнсіўнае палярнае ззянне па форме нагадвае стужкі або зморшчыны тканіны, пры згасанні ператвараюцца ў плямы. Паласы вышынёй у некалькі сотняў кіламетраў добра вылучаюцца па ніжнім краі на фоне цёмнага неба. Верхняя мяжа палярнага ззяння губляецца ў вышыні.

Гэтыя прыгожыя аптычныя з'явы ў атмасферы яшчэ захоўваюць свае таямніцы ад людзей: да канца не вывучаны механізм ўзнікнення некаторых відаў святлення, прычына які ўзнікае падчас рэзкіх пошугаў трэска. Аднак агульная карціна фарміравання палярных зьзяньне сёння вядомая. Неба над паўночным і паўднёвым полюсамі ўпрыгожваецца зелянява-ружовым свячэннем, калі зараджаныя часціцы сонечнага ветру сутыкаюцца з атамамі верхніх слаёў зямной атмасферы. Апошнія ў выніку ўзаемадзеяння атрымліваюць дадатковую энергію і выпускаюць яе ў выглядзе святла.

гало

Сонца і Месяц нярэдка паўстаюць перад намі акружаныя свячэннем, якія нагадваюць німб. Гэта гало - добра прыкметнае кольца вакол крыніцы святла. У атмасферы часцей за ўсё яно ўтвараецца дзякуючы драбнюткім часцінкам лёду, складнікам пёрыстыя аблокі высока над Зямлёй. У залежнасці ад формы і памераў крышталяў мяняюцца характарыстыкі з'явы. Часта гало набывае выгляд вясёлкавага круга ў выніку раскладання светлавога прамяня на спектр.

Цікавая разнавіднасць з'явы носіць назву паргелій. У выніку праламлення святла ў крышталях лёду на ўзроўні Сонца утвараецца два светлыя плямы, якія нагадваюць дзённае свяціла. У гістарычных хроніках можна сустрэць апісання гэтага феномену. У мінулым яно часта лічылася прадвеснікам грозных падзей.

міраж

Міражы - гэта таксама аптычныя з'явы ў атмасферы. Яны ўзнікаюць у выніку праламлення святла на мяжы паміж значна адрозніваюцца па шчыльнасці пластамі паветра. У літаратуры апісана мноства выпадкаў, калі падарожнік у пустыні бачыў аазісы ці нават гарады і замкі, якіх быць паблізу не магло. Часцей за ўсё гэта «ніжнія» міражы. Яны ўзнікаюць над роўнай паверхняй (пустыня, асфальт) і ўяўляюць сабой адлюстраванае малюнак неба, ўяўнае назіральніку вадаёмам.

Так званыя верхнія міражы сустракаюцца радзей. Яны ўтвараюцца над халоднай паверхняй. Верхнія міражы бываюць прамымі і перавернутымі, часам сумяшчаюць абодва становішча. Самым вядомым прадстаўніком гэтых аптычных феноменаў з'яўляецца Фата-моргана. Гэта складаны міраж, які сумяшчае адразу некалькі тыпаў адлюстраванняў. Перад назіральнікам паўстаюць рэальна існуючыя аб'екты, шматкроць адлюстраваныя і перемешенные.

атмасферны электрычнасць

Электрычныя і аптычныя з'явы ў атмасферы нярэдка згадваюцца разам, хоць прычыны іх узнікнення розныя. Палярызацыя аблокаў і адукацыя маланак звязаныя з працэсамі, якія праходзяць у трапасферы і іёнасферы. Гіганцкія іскравыя разрады фармуюцца звычайна ў час навальніцы. Маланкі ўзнікаюць ўнутры аблокаў, могуць ўдараць у зямлю. Яны з'яўляюцца пагрозай для жыцця людзей, і гэта адна з прычын навуковага цікавасці да падобных з'яў. Некаторыя ўласцівасці маланак да гэтага часу застаюцца загадкай для даследчыкаў. Сёння невядомая прычына ўзнікнення шаравых маланак. Як і ў выпадку з некаторымі аспектамі тэорыі палярных зьзяньне і міражоў, электрычныя феномены працягваюць інтрыгаваць навукоўцаў.

Аптычныя з'явы ў атмасферы, коратка апісаныя ў артыкуле, з кожным днём становяцца ўсё больш зразумелымі для фізікаў. Пры гэтым яны, як і маланкі, ня перастаюць вабіць людзей сваёй прыгажосцю, таямнічасцю і часам грандыёзнасцю.