کلاس ششم در مدرسه موضوع "پدیده های نوری در جو" را مطالعه می کند. با این حال، نه تنها برای ذهن کنجکاو یک کودک جالب است. پدیده های نوری در جو از یک سو ترکیبی از رنگین کمان، تغییر رنگ آسمان در طلوع و غروب خورشید است که بیش از یک بار توسط همه دیده شده است. از سوی دیگر، آنها شامل سراب های مرموز، ماه ها و خورشیدهای دروغین، هاله های چشمگیر هستند که در گذشته مردم را به وحشت می انداختند. مکانیسم شکل گیری برخی از آنها تا به امروز نامشخص است، با این حال، اصل کلی که توسط آن پدیده های نوری در طبیعت "زندگی می کنند" توسط فیزیک مدرن به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است.
پوسته هوایی
اتمسفر زمین پوسته ای است که از مخلوطی از گازها تشکیل شده و حدود ۱۰۰ کیلومتر بالاتر از سطح دریا امتداد دارد. چگالی لایه هوا با فاصله از زمین تغییر می کند: بالاترین مقدار آن در سطح سیاره است، با ارتفاع کاهش می یابد. جو را نمی توان یک سازند ایستا نامید. لایه های پوشش گازیمدام در حال حرکت و مخلوط شدن ویژگی های آنها تغییر می کند: دما، چگالی، سرعت حرکت، شفافیت. همه این تفاوت‌ها بر اشعه‌های خورشید که به سطح سیاره می‌آیند تأثیر می‌گذارند.
سیستم نوری
فرآیندهایی که در جو اتفاق می افتد و همچنین ترکیبات آن به جذب، شکست و انعکاس پرتوهای نور کمک می کند. برخی از آنها به هدف می رسند - سطح زمین، دیگری پراکنده شده یا به فضای بیرون هدایت می شود. در نتیجه انحنا و انعکاس نور، تجزیه بخشی از پرتوها به یک طیف و غیره، پدیده های نوری مختلفی در جو ایجاد می شود.
اپتیک اتمسفر
در زمانی که علم در مراحل اولیه خود بود، مردم پدیده های نوری را بر اساس ایده های غالب در مورد ساختار جهان توضیح می دادند. رنگین کمان جهان انسان را با الهی پیوند داد، ظهور دو خورشید دروغین در آسمان گواهی بر فجایع نزدیک بود. امروزه بیشتر پدیده هایی که اجداد دور ما را ترسانده اند، توضیح علمی دریافت کرده اند. اپتیک اتمسفر به مطالعه چنین پدیده هایی مشغول است. این علم به توصیف پدیده های نوری در جو بر اساس قوانین فیزیک می پردازد. او می تواند توضیح دهد که چرا آسمان در طول روز آبی است، اما در هنگام غروب و طلوع آفتاب تغییر رنگ می دهد، رنگین کمان چگونه تشکیل می شود و سراب ها از کجا می آیند. امروزه مطالعات و آزمایش‌های متعدد، درک پدیده‌های نوری در طبیعت مانند ظهور صلیب‌های نورانی، فاتا مورگانا، هاله‌های رنگین کمان را ممکن می‌سازد.
آسمان آبی
رنگ آسمانآنقدر آشنا که ما به ندرت به این فکر می کنیم که چرا اینطور است. با این وجود، فیزیکدانان پاسخ را به خوبی می دانند. نیوتن ثابت کرد که تحت شرایط خاصی می توان یک پرتو نور را به یک طیف تجزیه کرد. هنگام عبور از جو، قسمت مربوط به رنگ آبی بهتر پراکنده می شود. بخش قرمز تشعشع مرئی با طول موج بلندتر مشخص می شود و از نظر درجه پراکندگی 16 برابر کمتر از بنفش است.
در عین حال، ما آسمان را نه بنفش، بلکه آبی می بینیم. دلیل این امر در ویژگی های ساختار شبکیه و نسبت بخش هایی از طیف در نور خورشید نهفته است. چشم‌های ما به آبی حساس‌تر هستند و بخش بنفش طیف خورشید نسبت به آبی شدت کمتری دارد.
غروب قرمز مایل به قرمز
وقتی مردم فهمیدند جو چیست، پدیده های نوری دیگر برای آنها شاهد یا نشانه ای از رویدادهای وحشتناک نیستند. با این حال، رویکرد علمی با لذت زیبایی شناختی از غروب های رنگارنگ و طلوع های ملایم خورشید تداخلی ندارد. قرمزهای روشن و نارنجی همراه با صورتی و آبی به تدریج جای خود را به تاریکی شب یا روشنایی صبح می دهند. مشاهده دو طلوع یا غروب یکسان غیرممکن است. و دلیل این امر در همان تحرک لایه های جوی و تغییر شرایط آب و هوایی نهفته است.
در طول غروب و طلوع خورشید، پرتوهای خورشید مسیر طولانی تری نسبت به روز به سطح می روند. در نتیجه، بنفش، آبی و سبز منتشر شده به طرفین می روند و نور مستقیم قرمز و نارنجی می شود. ابرها، گرد و غبار یا ذرات یخ در تصویر غروب و سحر نقش دارند،معلق در هوا نور هنگام عبور از آنها شکسته می شود و آسمان را در سایه های مختلف رنگ می کند. در قسمتی از افق مخالف خورشید، اغلب می توان به اصطلاح کمربند زهره را مشاهده کرد - نوار صورتی که آسمان تاریک شب را از آسمان آبی روز جدا می کند. پدیده نوری زیبا که به نام الهه عشق رومی نامگذاری شده است، قبل از طلوع آفتاب و بعد از غروب خورشید قابل مشاهده است.
پل رنگین کمان
شاید هیچ پدیده نوری دیگری در اتمسفر به اندازه پدیده های مرتبط با رنگین کمان، طرح های اساطیری و تصاویر افسانه ای را برانگیزد. قوس یا دایره، متشکل از هفت رنگ، از دوران کودکی برای همه شناخته شده است. یک پدیده زیبای جوی که در هنگام باران و هنگام عبور اشعه خورشید از قطره ها رخ می دهد، حتی کسانی را که طبیعت آن را به طور کامل مطالعه کرده اند مجذوب خود می کند.
و فیزیک رنگین کمان امروز برای کسی راز نیست. نور خورشید که توسط قطرات باران یا مه شکسته می شود، شکافته می شود. در نتیجه، ناظر هفت رنگ از طیف، از قرمز تا بنفش را می بیند. تعیین مرزهای بین آنها غیرممکن است. رنگ ها از طریق چندین سایه به آرامی با یکدیگر ترکیب می شوند.
هنگام مشاهده رنگین کمان، خورشید همیشه پشت سر شخص است. مرکز لبخند ایریدا (همانطور که یونانیان باستان به آن رنگین کمان می گفتند) روی خطی قرار دارد که از بین ناظر و نور روز می گذرد. رنگین کمان معمولاً به صورت نیم دایره ظاهر می شود. اندازه و شکل آن به موقعیت خورشید و نقطه ای که ناظر در آن قرار دارد بستگی دارد. هر چه تابش بالاتر از افق باشد، دایره ظهور احتمالی پایین تر می افتد.رنگین کمان ها هنگامی که خورشید از 42 درجه بالای افق عبور می کند، ناظری در سطح زمین نمی تواند رنگین کمان را ببیند. فردی که می خواهد لبخند ایریدا را تحسین کند، هر چه بالاتر از سطح دریا باشد، احتمال اینکه نه یک قوس، بلکه یک دایره را ببیند، بیشتر می شود.
رنگین کمان دوتایی، باریک و پهن
اغلب، همراه با اصلی، می توانید به اصطلاح رنگین کمان ثانویه را ببینید. اگر اولی در نتیجه یک انعکاس نور ایجاد شود، دومی نتیجه یک بازتاب دوگانه است. علاوه بر این، رنگین کمان اصلی با ترتیب خاصی از رنگ ها متمایز می شود: قرمز در خارج قرار دارد و بنفش در داخل است که به سطح زمین نزدیک تر است. "پل" کناری طیفی است که به ترتیب معکوس شده است: بنفش در بالا قرار دارد. این به این دلیل اتفاق می افتد که پرتوهای یک قطره باران از یک بازتاب دوگانه در زوایای مختلف منعکس می شوند.
رنگین کمان ها از نظر شدت و عرض رنگ متفاوت هستند. روشن ترین و نسبتاً باریک آنها پس از رعد و برق تابستانی ظاهر می شوند. قطرات بزرگ، مشخصه چنین بارانی، باعث ایجاد رنگین کمان بسیار قابل مشاهده با رنگ های متمایز می شود. قطرات کوچک رنگین کمانی تارتر و کمتر محسوس می دهند.
پدیده های نوری در جو: شفق قطبی
یکی از زیباترین پدیده های نوری جوی شفق قطبی است. این ویژگی برای تمام سیارات دارای مگنتوسفر است. روی زمین، شفق های قطبی در عرض های جغرافیایی بالا در هر دو نیمکره، در مناطق اطراف مشاهده می شوندقطب های مغناطیسی سیاره بیشتر اوقات، می توانید یک درخشش سبز مایل به سبز یا آبی-سبز را ببینید که گاهی اوقات با فلاش های قرمز و صورتی در امتداد لبه ها تکمیل می شود. شفق قطبی شدید به شکل روبان یا چین های پارچه ای است که در صورت محو شدن به لکه هایی تبدیل می شوند. نوارهای چند صد کیلومتری به خوبی در امتداد لبه پایینی در مقابل آسمان تاریک خودنمایی می کنند. حد بالایی شفق در آسمان گم شده است.
این پدیده های نوری زیبا در اتمسفر هنوز رازهای خود را از مردم پنهان می کنند: مکانیسم وقوع انواع خاصی از لومینسانس، علت ترقه زدن در هنگام فلاش های تند، به طور کامل مورد مطالعه قرار نگرفته است. با این حال، تصویر کلی از شکل گیری شفق های قطبی امروزه شناخته شده است. آسمان بالای قطب شمال و جنوب با درخشش صورتی مایل به سبز آراسته شده است زیرا ذرات باردار باد خورشیدی با اتم های موجود در جو فوقانی زمین برخورد می کنند. دومی در نتیجه تعامل انرژی اضافی دریافت می کند و آن را به صورت نور منتشر می کند.
Halo
خورشید و ماه اغلب در مقابل ما ظاهر می شوند که با درخششی شبیه هاله احاطه شده اند. این هاله یک حلقه بسیار قابل مشاهده در اطراف منبع نور است. در جو، اغلب به دلیل کوچکترین ذرات یخ که ابرهای سیروس را در بالای زمین تشکیل می دهند، تشکیل می شود. بسته به شکل و اندازه کریستال ها، ویژگی های پدیده تغییر می کند. غالباً هاله در نتیجه تجزیه پرتو نور به یک طیف شکل یک دایره رنگین کمان به خود می گیرد.
نوع جالبی از این پدیده پرهلیون نامیده می شود. در نتیجه شکست نور در کریستال های یخ دردر سطح خورشید، دو نقطه درخشان، شبیه به نور روز تشکیل می شود. در تواریخ تاریخی می توان توصیفاتی از این پدیده یافت. در گذشته، اغلب آن را منادی حوادث وحشتناک می دانستند.
سراب
سراب ها نیز پدیده های نوری در جو هستند. آنها در نتیجه شکست نور در مرز بین لایه های هوا به وجود می آیند که به طور قابل توجهی از نظر چگالی متفاوت هستند. ادبیات بسیاری از موارد را توصیف می کند که مسافری در بیابان واحه ها یا حتی شهرها و قلعه هایی را می دید که نمی توانستند در نزدیکی باشند. اغلب اینها سرابهای "پایین" هستند. آنها بر روی یک سطح صاف (بیابان، آسفالت) ظاهر می شوند و تصویری منعکس شده از آسمان را نشان می دهند که به نظر ناظر یک جسم آبی است.
سراب های به اصطلاح برتر کمتر رایج هستند. آنها روی سطوح سرد تشکیل می شوند. سراب های برتر مستقیم و معکوس هستند، گاهی اوقات هر دو موقعیت را با هم ترکیب می کنند. معروف ترین نماینده این پدیده های نوری فتای مورگانا است. این یک سراب پیچیده است که چندین نوع بازتاب را به طور همزمان ترکیب می کند. اشیاء واقعی در مقابل ناظر ظاهر می شوند، به طور مکرر منعکس و مخلوط می شوند.
الکتریسیته اتمسفر
پدیده های الکتریکی و نوری در جو اغلب با هم ذکر می شوند، اگرچه علل وقوع آنها متفاوت است. قطبی شدن ابرها و تشکیل رعد و برق با فرآیندهای رخ داده در تروپوسفر و یونوسفر مرتبط است. تخلیه جرقه های غول پیکر معمولاً در هنگام رعد و برق ایجاد می شود. رعد و برق در داخل ابرها رخ می دهد و می تواند به زمین برخورد کند. آنها تهدید کننده زندگی هستندمردم، و این یکی از دلایل علاقه علمی به چنین پدیده هایی است. برخی از خواص رعد و برق هنوز برای محققان یک معما است. امروزه علت رعد و برق توپ ناشناخته است. مانند برخی از جنبه‌های نظریه شفق قطبی و سراب، پدیده‌های الکتریکی همچنان دانشمندان را مجذوب خود می‌کند.
پدیده های نوری در جو که به طور خلاصه در مقاله توضیح داده شده است، هر روز برای فیزیکدانان قابل درک تر می شود. در عین حال، آنها مانند رعد و برق هرگز از شگفت‌زده کردن مردم با زیبایی، رمز و راز و گاه عظمت خود دست بر نمی‌دارند.
