Zjawisko optyczne w przyrodzie

W ścisłej łączności z chmurami

obserwowane są w atmosferze różne

zjawiska optyczne (fotometeory). Zjawiska

te nie mają znaczenia praktycznego,

jednak dostarczają pewnych wiadomości o

charakterze chmur, w których są

obserwowane. Są one wywołane odbiciem,

załamaniem, ugięciem i interferencją

światła słonecznego lub księżycowego w

chmurowych kropelkach wody lub

kryształkach lodu. Niektóre z nich

powtarzają się bardzo często, inne są

wielką rzadkością i trzeba mieć dużo

szczęścia, aby je zobaczyć.

Zjawiska optyczne występujące
w przyrodzie:



Tęcza



Zorza polarna



Zaćmienie Słońca i Księżyca



Miraż pustynny, czyli fata-morgana



Miraż dolny i górny



Zjawisko cienia i półcienia



Zjawisko Brockenu



Halo



Iryzacja



Wieniec (aureola)



Gloria

Tęcza

Tęcza jest jednym z

efektowniejszych zjawisk

optycznych w

atmosferze. Jest to układ

koncentrycznych łuków o

barwach od fioletowej do

czerwonej, wywołanych

przez światło Słońca lub

Księżyca, padające na

zespół kropel wody w

atmosferze.

Tęcze dzielimy na:



Główne



Wtórne

Zjawisko powstawania tęczy:

To zjawisko powstaje na skutek rozszczepienia światła białego i

odbicia go wewnątrz kropel deszczu. Łuk pierwszy to wynik

jednokrotnego, a drugi dwukrotnego odbicia rozszczepionego

światła wewnątrz kropli (stąd odwrócona kolejność barw i

mniejsze natężenie światła). Tęczę obserwuje się na tle chmur,

z których pada deszcz, znajdujących się po przeciwnej stronie

nieba niż Słońce lub Księżyc. Warunki, przy których obserwuje

się typową tęczę mają przeważnie miejsce w przypadku chmur

kłębiastych deszczowych. Natężenie światła, szerokość i barwa

tęczy wahają się w szerokim przedziale w zależności od

rozmiarów kropel. Tęczę obserwuje się również w bryzgach fal

morskich, wodospadów i fontann. Podczas zjawiska tęczy

widzimy tylko łuk, a nie całą ścianę barw, ponieważ wszystkie

promienie słoneczne “wpadają” do kropli wody równolegle

względem siebie i “wpadają” do oka pod określonym kątem w

stosunku do kierunku padania promieni słonecznych, 42 lub 52

stopnie.

Zorza polarna

Jest ona jednym z

najpiękniejszych zjawisk

optycznych zachodzących w

przyrodzie. W większości

przypadków zorze polarne mają

odcień zielony lub

niebieskozielony. Występują w

postaci wstęg lub plam podobnych

do obłoków. Podczas zjawiska

zorzy polarnej protony i elektrony

wpadające w obręb pola

magnetycznego Ziemi powodują

jonizację i wzbudzenie atomów i

cząsteczek gazów znajdujących

się w atmosferze. Zjawisko to ma

najczęściej miejsce na biegunach,

ponieważ tam jest największa

koncentracja protonów i

elektronów. Świecenie zielone i

czerwone powodują wzbudzone

atomy tlenu, podczerwone i

fioletowe – zjonizowane cząsteczki

azotu. Zorze pojawiają się

zazwyczaj dzień lub dwa po

wybuchach na Słońcu.

Zaćmienie Słońca i Księżyca

Do zaćmienia Słońca dochodzi,

gdy Księżyc poruszający się po

orbicie wokół Ziemi znajdzie się

pomiędzy Słońcem a Ziemią. W

zależności od rozmiarów

kątowych oraz wzajemnego

położenia tarczy Słońca i Księżyca

w momencie zaćmienia, wyróżnia

się zaćmienia częściowe,

całkowite i obrączkowe.
Do zaćmienia księżyca

dochodzi, gdy Ziemia znajdzie się

pomiędzy Słońcem a Księżycem

przesłaniając promienie

słoneczne padające na Księżyc. W

zależności od tego jaki fragment

tarczy Księżyca znajdzie się w

cieniu Ziemi, wyróżnia się

zaćmienia częściowe, całkowite i

półcieniowe.

Miraż pustynny, czyli fata-
morgana

Załamujący się promień świetlny zawsze skręca w

kierunku gęstszego powietrza, bądź środowiska. Gęstsze

powietrze, jest to powietrze o wyższej temperaturze,

cząsteczki jego poruszają się szybciej i jest ono gęstsze.

Potoczną nazwą tego zjawiska jest “fata-morgana” i

kojarzy się najczęściej z widocznym na pustyni jeziorem

otoczonym palmami. Podstawą jest różnica temperatur

przy powierzchni Ziemi. W dzień piasek na pustyni

nagrzewa się bardziej niż powietrze i w efekcie po

nadejściu wieczoru ogrzewa on najbliższą warstwę

powietrza. Powstaje “warstwowy układ temperatury” –

przy Ziemi najcieplej, a kilka metrów wyżej jest już ono

dużo chłodniejsze. Promień światła przechodzący nad

powierzchnią zostaje zagięty w górę, w kierunku

chłodniejszego (gęstszego) powietrza.

Miraż dolny i górny

Miraże dolne obserwuje się pod horyzontem. Powstają

one na bardzo gorących, rozgrzanych obszarach, takich

jak pustynie lub stepy. Temperatura Ziemi w tamtym

miejscu jest o wiele wyższa od temperatury najniższej

warstwy powietrza. Miraże dolne mogą być odwrócone

lub proste.
Np. Gdy jedziemy samochodem w upalny dzień i na

drodze w oddali wydaje nam się, że widzimy wodę albo

brzeg jeziora. Jednak tak naprawdę jest to obraz nieba

odbity od najniższych warstw nad drogą w danej

odległości od nas.

W mirażu górnym promienie odbite ulęgają takiemu

zakrzywieniu, że obserwator widzi ich obrazy powyżej

linii horyzontu. Ten rodzaj mirażu można najczęściej

zaobserwować nad morzem, ponieważ temperatura

powietrza jest znacznie niższa od temperatury morza.

Zjawisko cienia i półcienia

Światło rozchodzi się

po linii prostej, więc gdy

napotyka przeszkodę o

rozmiarach podobnych z

długością fali λ , to z tyłu

za nią pojawi się cień.

Jeżeli źródło światła jest

punktowe to utworzy się

cień pełny, a jeżeli źródło

światła będzie miało

duże rozmiary liniowe, to

z tyłu przedmiotu

utworzą się obszary

cienia i półcienia.

Zjawisko Brockenu

Zjawisko Brockenu jest zjawiskiem świetlnym

rzadko występującym w atmosferze ziemskiej.

Powstaje w górach, przy niskim położeniu Słońca

nad horyzontem, gdy powiększony do

nadnaturalnej wielkości cień obserwatora pojawia

się na rozpostartych wprost przed nim, albo niżej

od niego chmurach warstwowych, zalegających w

dolinach. Inaczej mówiąc, obiekt znajdujący się

pomiędzy Słońcem, a chmurami, rzuca cień

wnikający głęboko w chmury. Cień często

otoczony jest barwną aureolą. Jeżeli w zjawisku

bierze udział kilka osób, to każda z nich widzi

jedynie swoją aureolę. Nazwa zjawiska pochodzi

od wzniesienia Brocken w górach Harz (Niemcy),

gdzie zaobserwowano je po raz pierwszy.

Halo

Halo jest jednym z ciekawszych zjawisk
optycznych na niebie i powstaje na skutek
załamania światła w chmurze zawierającej
kryształki lodu. Występuje, jako barwny
świetlisty pierścień, w którego środku znajduje
się tarcza Słońca lub Księżyca. Krąg ten ma
zwykle słabo widoczne zabarwienie czerwone
od wewnątrz i w rzadkich przypadkach
fioletowe na zewnątrz. Część nieba wewnątrz
kręgu jest wyraźnie ciemniejsza niż na
zewnątrz.

Halo nazywamy również inne zjawiska optyczne w przyrodzie.

Słup światła

Oprócz pierścieni, które są podstawowymi postaciami zjawisk

halo występują również pionowe słupy świetlne, przechodzące

przez tarczę Słońca lub Księżyca, obserwowane przy tych

ciałach niebieskich. W bezwietrzny mroźny poranek można

czasami zobaczyć, jak nad Słońcem widać w powietrzu igły

połyskujące w jego promieniach oraz słupy świetlne. Słupy

świetlne bywają czasami widoczne podczas bezwietrznej,

mroźnej pogody nad latarniami. Pojawienie się tych słupów

związane jest z odbiciem promieni od ścian unoszących się w

powietrzu kryształków lodu. Aby można było zaobserwować to

zjawisko w powietrzu musi znajdować się obłok kryształków

lodu, których ścianki znajdują się w poziomie. Wtedy promienie

odbijają się od nich i następuje załamanie promieni

słonecznych. Oko rzutuje je na sklepienie niebieskie i

obserwatorowi wydaje się, że przy słońcu powstają słupy

świetlne. Słupy poziome tworzą się poprzez odbicie promieni

światła od kryształków, które spadając obracają się wokół swojej

osi pionowej. Słupy tworzące się nad latarniami są wywołane

odbiciem światła od płatków śniegu, kropel mgły lub cząstkach

pyłu unoszącego się w powietrzu.

Wieniec

Wieniec jest to jedna lub kilka serii barw

pierścieni o stosunkowo małym promieniu,

otaczających bezpośrednio tarczę ciała

niebieskiego. W każdej serii pierścień wewnętrzny

jest fioletowy lub niebieski, a pierścień

zewnętrzny - czerwony; między nimi mogą

występować inne barwy. Najbardziej wewnętrzna

seria, mająca promień na ogół nie większy niż 5

stopni i nosząca nazwę aureoli, wykazuje zwykle

wyraźny pierścień zewnętrzny o czerwonawej lub

kasztanowej barwie. Wieńce wywołane są

ugięciem światła w znajdujących się przed tarczą

Słońca lub Księżyca cienkich chmurach,

zbudowanych z drobnych, jednorodnych kropelek

wody, zazwyczaj są to chmury średnie kłębiaste.

Iryzacja

Iryzacja to tęczowe barwy powstające czasem na
powierzchni przezroczystych ciał w wyniku
interferencji światła. Obserwuje się je, jako mieniące
się tęczowe plamy barwne na wodzie. Układy barw
przeważnie zielonych i różowych, często o
odcieniach pastelowych, są obserwowane na
chmurach. Barwy te bywają niekiedy pomieszane,
niekiedy zaś w postaci smug prawie równoległych do
brzegów chmur. Barwy iryzacji są często błyszczące i
przypominają kolor masy perłowej. Zjawisko iryzacji
chmur w istocie jest tego samego pochodzenia co
wieńce i występuje przy chmurach kłębiastych.