Земна атмосфера, як оптична система - астрономічне рух зоряний шлях, астроклуб
Наша планета оточена газовою оболонкою, яку ми називаємо атмосферою. Володіючи найбільшою щільністю в земної поверхні і поступово разряжаясь з підняттям вгору, вона досягає товщини більше сотні кілометрів. Атмосфера зем лі-знаходиться в постійному русі. Під впливом різних факторів, її шари перемішуються, змінюють щільність, температуру, прозорість, переміщуються на великі відстані з різною швидкістю.
Для променів світла, що йдуть від сонця або інших небесних світил, земна атмосфера являє собою своєрідну оптичну систему з постійно змінюваними параметрами. Опиняючись на їхньому шляху, вона і відображає частину світла, розсіює його, пропускає його крізь всю товщу атмосфери, забезпечуючи освітленість земної поверхні, в певних умовах, розкладає його на складові і викривляє хід променів, викликаючи, тим самим, різні атмосферні явища.
Види оптичних атмосферних явищ
Оптичні ефекти під час заходу
Найпростішим і доступним для спостереження атмосферним явищем є захід нашого небесного світила - Сонця.
Наближаючись до горизонту, Сонце не тільки втрачає яскравість, а й починає поступово змінювати свій колір - в його спектрі у все зростаючій мірі пригнічується короткохвильова частина (червоні кольори). Одночасно починає забарвлюватися і небо. В околиці Сонця воно набуває жовтуваті і помаранчеві тони, а над проти сонячну частиною горизонту з'являється бліда смуга зі слабо вираженою гамою кольорів.
До моменту заходу Сонця, вже прийняв темно-червоний колір, уздовж сонячного горизонту витягується яскрава смуга зорі, забарвлення якої змінюється від низу до верху від оранжево-жовтого до зеленувато блакитний. Над нею розкидається округле яскраве майже незабарвлене сяйво. У той же час у протилежної горизонту починає повільно підніматися синювато-сірий тьмяний сегмент тіні Землі, облямований рожевим поясом - називаемимПояс Венери. (Рис.1)
У міру того як Сонце опускається глибше під горизонт, виникає швидко розпливається рожева пляма - так званий "пурпурний світло" (Рис.2), що досягає найбільшого розвитку при глибині Сонця під горизонтом близько 4-5 °. Поступово пурпурний світло згасає, хмари темніють, їхні силуети чітко виступають на тлі блякнуть неба і тільки у горизонту, там де сховалося Сонце, зберігається яскравий різнокольоровий сегмент зорі. Але і він поступово скорочується і блідне і до початку астрономічних сутінків перетворюється в зеленувато-білясту вузьку смугу. Нарешті, зникає і вона - настає ніч.
Зелений промінь (ріс.З) - рідкісне оптичне явище, спалах зеленого світла в момент зникнення сонячного диска під горизонтом (зазвичай морським) або появи його з-за обрію. Явище вкрай рідкісне. Для спостереження зеленого променя необхідні три умови: відкритий горизонт (в степу або на морі під час відсутності хвилювання), чисте повітря і вільна від хмар сторона горизонту, де відбувається візит або схід Сонця.
При виключно високої прозорості повітря останній промінь може бути зелено-блакитним і навіть блакитним. Подібне явище спостерігається виключно рідко.
Сутінкові промені (Рис.4,5) - розходяться пучки сонячного світла, які стають видимими завдяки висвітленню ними пилу у високих шарах атмосфери. Тіні від хмар утворюють темні смуги, а між ними поширюються промені. Цей ефект спостерігається, коли Сонце знаходиться низько над горизонтом перед світанком або після заходу сонця.
Протисутінкові промені (Рис.6) (англ. Anticrepuscular rays) - розходяться віялом промені, що спостерігаються на заході дня з боку, протилежного сонця (тобто, на сході). Сонячні промені поширюються по прямих лініях, проте внаслідок проекцій цих ліній на сферичної атмосфері Землі створюються дуги. Отже, "прямолінійні сутінкові промені, які виходять від Сонця, можуть повторно сходитися в« проти сонячну »точці.
Вінці Корони, або вінці, - невеликі концентричні кольорові кільця навколо Сонця (Рис.7), Місяця (Рис.8) або інших яскравих об'єктів, які спостерігаються час від часу, коли джерело світла знаходиться за напівпрозорими хмарами. Радіус корони менше радіуса гало і становить близько 1 - 5гр, найближчим до Сонця виявляється блакитне або фіолетове кільце. Корона виникає при розсіюванні світла дрібними водяними крапельками води, що утворюють хмару. Іноді корона виглядає як пляма, що світиться (або ореол), що оточує Сонце (або Місяць), яке завершується червонуватим кільцем. В інших випадках за межами ореолу видно не менше двох концентричних кілець більшого діаметру, дуже слабо забарвлених. Це явище супроводжується райдужними хмарами. Іноді краю дуже високо розташованих хмар пофарбовані в яскраві кольори.
Від rpeч.Halos - світлове кільце навколо Сонця (Рис.9) або Місяця (Рис.10).
Гало - оптичне явище в атмосфері у вигляді світлого або райдужного кільця навколо Сонця чи Місяця. Гало виникає в результаті відображення і заломлення світла в льодяних кристалах високих (купчасто-дощових хмар) хмар або туману. Кристали, що формують гало, розташовуються на поверхні уявного конуса з віссю, спрямованої від спостерігача (з вершини конуса) до Сонця. При деяких умовах атмосфера буває насьпцена дрібними кристалами, багато граней яких утворюють прямий кут з площиною, що проходить через Сонце, спостерігача і ці кристали. Нерідко гало є ознакою близького проходження теплого фронту. Такі межі відображають надходять промені світла з відхиленням на 22гр. Рідше зустрічається гало з кутовим радіусом 46гр, що розташоване концентрично навколо 22-градусного гало. Як 46-градусні, так і 22-градусні гало, як правило, мають найбільшу яскравість у верхній і нижній частинах кільця. Зрідка зустрічається 90-градусний гало являє собою слабо світиться, майже безбарвне кільце, що має загальний центр з двома іншими гало. Механізм виникнення такого типу гало до кінця не з'ясований.
Паргеліческій коло - форма гало; вузька біла смуга, що з'являється на небі вдень і проходить паралельно горизонту на висоті Сонця (Рис.11) або Місяця (Рис.12). Паргелій і дуги. Паргеліческій коло (або коло помилкових сонць) - біле кільце з центром в точці зеніту, що проходить через Сонце паралельно горизонту. Причиною його утворення служить відображення сонячного світла від граней поверхонь кристалів льоду. Якщо кристали досить рівномірно розподілені в повітрі, стає видимим повне коло. Паргелій, або помилкові сонця, - це яскраво світяться плями, що нагадують Сонце, які утворюються в точках перетину паргеліческого кола з гало, що мають кутові радіуси 22гр, 46гр. і 90гр. Найбільш часто утворюється і найяскравіший паргелій формується на перетині з 22-градусним гало, зазвичай забарвлений майже в усі кольори веселки. Помилкові сонця на перетинах з 46- і 90-градусними гало спостерігаються набагато рідше. Паргелій, що виникають на перетинах з 90-градусними гало, називаються парантеліямі. або помилковими протівосолнцамі.
Іноді видно також Антела (протівосоліце) - яскрава пляма, розташоване на кільці паргелій точно навпроти Сонця. Передбачається, що причиною виникнення цього явища служить подвійне внутрішнє віддзеркалення сонячного світла. Відбитий промінь проходить по тому ж шляху, що і падаючий промінь, але в зворотному напрямку.
Околозенітная дуга (Рис.9), іноді невірно назьюаемая верхньої дотичній дугою 46-градусного гало, - це дуга в 90. або менше з центром в точці зеніту, розташована вище Сонця приблизно на 46гр. Вона буває видно рідко і тільки протягом декількох хвилин, має яскраві кольори. Околозенітная дуга примітна своїм забарвленням, яскравістю і чіткими контурами.
Часом спостерігаються місячні гало і інші ефекти, подібні описаним вище, причому найбільш звичайне місячне гало (кільце навколо Місяця, Рис.10) має кутовий радіус 22гр. Подібно помилковим сонць, можуть виникати помилкові місяця.
Також при спостереженні гало можна побачити так званий стовп алмазної пилу (Рис.13) або рідкісне незрозуміле еллептіческіе гало (Рис.14)
За забарвленості гало бувають:
1) білі гало: паргеліческій коло.
За віддаленості джерела світла
1) гало паралельних променів світла (Parallel-light halos, PLH). Це практично все гало від сонця, місяця, планет і т.д. так як світло йде від таких далеких джерел можна моделювати паралельними променями світла.
2) гало променів, що розходяться світла (фото17) (Divergent-light halos, DLH). До даного класу відносяться гало від близьких джерел світла, від прожекторів, ліхтарів, ламп і т.д
Примітка до фото гало від прожектора:
- гало в протилежному сонця частині неба: 120 ° паргелій, дуги Вегнера, Грінлера,
паргелій Лілеквіст, протівосолнце, субсолнечная петля
- відображені в площині горизонту гало (суб гало): субсолнце, субпаргеліі і інші
Світлові стовпи (Рис. 15, 16, 17) - візуальне явище, оптичний ефект, який представляє собою вертикальну смугу світла, що тягнеться від сонця під час його заходу або сходу. Явище викликається шестикутними плоскими або столбовідних крижаними кристалами з майже горизонтальними паралельними плоскими поверхнями. Зважені в повітрі плоскі кристали викликають сонячні стовпи, якщо сонце знаходиться на висоті 6 градусів над горизонтом або позаду нього, столбовідние - якщо сонце знаходиться на висоті 20 градусів над горизонтом. Кристали прагнуть зайняти горизонтальну позицію при падінні в повітрі, і вид світлового стовпа залежить від їх взаємного розташування.
Світлові стовпи нерідко формуються навколо місяця, міських вогнів і інших яскравих джерел світла. Стовпи, які виходять від низько розташованих джерел світла, зазвичай набагато довше, ніж сонячні або місячні стовпи. Чим ближче до світлового стовпа знаходиться спостерігач, тим менше позначається розташування кристалів в просторі на зовнішньому вигляді стовпа.
Світловий ліс (pillarforests) (Рис.18, Рис.19) за своєю структурою схожий зі світловими стовпами і є одним з різновидів гало, найчастіше спостерігається в північних широтах. На фотографіях видно безліч світлових стовпів від ліхтарів, ламп. Спостерігається тільки в алмазної пилу, в морозної серпанку.
Глорія (Рис.18, Рис.19, Рис. 20)
Глорія - оптичне явище в хмарах або краплях туману. Кольорові кільця навколо тіні спостерігача або предмета, що знаходиться біля нього, коли тінь падає на хмару або шар туману. Глорія пояснюється дифракцією світла на краплях води.
Поспостерігати дане явище можна на хмарах, розташованих прямо перед спостерігачем або нижче нього, в точці, прямо протилежної джерела світла. Спостерігач повинен знаходитися на горі або на літаку, а джерело світла (Сонце або Місяць) - за його спиною.
Привиди Броккі. (Рис.18, Рис.19, Рис.20, Рис.21)
У деяких районах земної кулі, коли тінь знаходиться на височині спостерігача при сході або заході Сонця позаду нього падає на хмари, розташовані на невеликій відстані, виявляється разючий ефект: тінь набуває колосальні розміри. Це відбувається через відображення і заломлення світла дрібними крапельками води в тумані. Описане явище носить назву "привид Броккі" на ім'я вершини в горах Гарц в Німеччині.
