Вторник, Апрель 24, 2018
Понедельник, 26 Ноябрь 2012 11:03

Земная атмосфера, как оптическая система

Автор 
Оцените материал
(2 голосов)

Наша планета окружена газовой оболочкой, которую мы называем атмосферой. Обладая наибольшей плотностью у земной поверхности и постепенно разряжаясь с поднятием вверх, она достигает толщины более сотни километров. Атмосфера земли-находится в постоянном движении. Под воздействием различных факторов, её слои перемешиваются, меняют плотность, температуру, прозрачность, перемещаются на большие расстояния с различной скоростью.


Для лучей света, идущих от солнца или других небесных светил, земная атмосфера представляет собой своеобразную оптическую систему с постоянно меняющимися параметрами. Оказываясь на их пути, она и отражает часть света, рассеивает его, пропускает его сквозь всю толщу атмосферы, обеспечивая освещённость земной поверхности, в определённых условиях, разлагает его на составляющие и искривляет ход лучей, вызывая, тем самим, различные атмосферные явления.

Виды оптических атмосферных явлений


Оптические эффекты во время заката

Самым простым и доступным для наблюдения атмосферным явлением является закат нашего небесного светила — Солнца.

Приближаясь к горизонту, Солнце не только теряет яркость, но и начинает постепенно менять свой цвет - в его спектре во все возрастающей степени подавляется коротковолновая часть (красные цвета). Одновременно начинает окрашиваться и небо. В окрестности Солнца оно приобретает желтоватые и оранжевые тона, а над противосолнечной частью горизонта появляется бледная полоса со слабо выраженной гаммой цветов.

К моменту захода Солнца, уже принявшего темно-красный цвет, вдоль солнечного горизонта вытягивается яркая полоса зари, окраска которой изменяется снизу вверх от оранжево-желтой до зеленовато голубой. Над ней раскидывается округлое яркое почти неокрашенное сияние. В то же время у противоположного горизонта начинает медленно подниматься синевато-серый тусклый сегмент тени Земли, окаймленный розовым поясом - называемымПояс Венеры. (Рис.1)



По мере того как Солнце опускается глубже под горизонт, возникает быстро расплывающееся розовое пятно - так называемый "пурпурный свет"(Рис.2), достигающий наибольшего развития при глубине Солнца под горизонтом около 4-5°. Постепенно пурпурный свет затухает, облака темнеют, их силуэты отчетливо выступают на фоне блекнущего неба и только у горизонта, там где скрылось Солнце, сохраняется яркий разноцветный сегмент зари. Но и он постепенно сокращается и бледнеет и к началу астрономических сумерек превращается в зеленовато-белесую узкую полосу. Наконец, исчезает и она - наступает ночь.

Зелёный луч(Рис.З) — редкое оптическое явление, вспышка зелёного света в момент исчезновения солнечного диска под горизонтом (обычно морским) или появления его из-за горизонта. Явление крайне редкое. Для наблюдения зелёного луча необходимы три условия: открытый горизонт (в степи или на море в отсутствие волнения), чистый воздух и свободная от облаков сторона горизонта, где происходит заход или восход Солнца.

При исключительно высокой прозрачности воздуха последний луч может быть зелёно-голубым и даже голубым. Подобное явление наблюдается исключительно редко.








Сумеречные лучи(Рис.4,5) - расходящиеся пучки солнечного света, которые становятся видимыми благодаря освещению ими пыли в высоких слоях атмосферы. Тени от облаков образуют темные полосы, а между ними распространяются лучи. Этот эффект наблюдается, когда Солнце находится низко над горизонтом перед рассветом или после заката.






Противосумеречные лучи(Рис.6) (англ. Anticrepuscular rays) — расходящиеся веером лучи, наблюдающиеся на закате дня со стороны, противоположной солнцу (то есть, на востоке). Солнечные лучи распространяются по прямым линиям, однако вследствие проекций этих линий на сферической атмосфере Земли создаются дуги. Следовательно," прямолинейные сумеречные лучи, исходящие от Солнца, могут повторно сходиться в «противосолнечной» точке.



Венцы Короны, или венцы, - небольшие концентрические цветные кольца вокруг Солнца (Рис.7), Луны (Рис.8) или других ярких объектов, которые наблюдаются время от времени, когда источник света находится за полупрозрачными облаками. Радиус короны меньше радиуса гало и составляет около 1 - 5гр, ближайшим к Солнцу оказывается голубое или фиолетовое кольцо. Корона возникает при рассеивании света мелкими водяными капельками воды, образующими облако. Иногда корона выглядит как светящееся пятно (или ореол), окружающее Солнце (или Луну), которое завершается красноватым кольцом. В других случаях за пределами ореола видно не менее двух концентрических колец большего диаметра, очень слабо окрашенных. Это явление сопровождается радужными облаками. Иногда края очень высоко расположенных облаков окрашены в яркие цвета.







Мир Гало(На1о)

От rpeч.Halos - световое кольцо вокруг Солнца (Рис.9) или Луны (Рис.10).

Гало - оптическое явление в атмосфере в виде светлого или радужного кольца вокруг Солнца или Луны. Гало возникает в результате отражения и преломления света в ледяных кристаллах высоких (перисто-слоистых) облаков или тумана. Кристаллы, формирующие гало, располагаются на поверхности воображаемого конуса с осью, направленной от наблюдателя (из вершины конуса) к Солнцу. При некоторых условиях атмосфера бывает насьпцена мелкими кристаллами, многие грани которых образуют прямой угол с плоскостью, проходящей через Солнце, наблюдателя и эти кристаллы. Нередко гало является признаком близкого прохождения теплого фронта. Такие грани отражают поступающие лучи света с отклонением на 22гр. Реже встречается гало с угловым радиусом 46гр, располагающееся концентрически вокруг 22-градусного гало. Как 46-градусные, так и 22-градусные гало, как правило, имеют наибольшую яркость в верхней и нижней частях кольца. Изредка встречающееся 90-градусное гало представляет собой слабо светящееся, почти бесцветное кольцо, имеющее общий центр с двумя другими гало. Механизм возникновения такого типа гало до конца не выяснен.





Паргелический круг

Паргелический круг - форма гало; узкая белая полоса, появляющаяся на небе днем и проходящая параллельно горизонту на высоте Солнца (Рис.11) или Луны (Рис.12) . Паргелии и дуги. Паргелический круг (или круг ложных солнц) - белое кольцо с центром в точке зенита, проходящее через Солнце параллельно горизонту. Причиной его образования служит отражение солнечного света от граней поверхностей кристаллов льда. Если кристаллы достаточно равномерно распределены в воздухе, становится видимым полный круг. Паргелии, или ложные солнца, - это ярко светящиеся пятна, напоминающие Солнце, которые образуются в точках пересечения паргелического круга с гало, имеющими угловые радиусы 22гр, 46гр. и 90гр. Наиболее часто образующийся и самый яркий паргелий формируется на пересечении с 22-градусным гало, обычно окрашенный почти во все цвета радуги. Ложные солнца на пересечениях с 46- и 90-градусными гало наблюдаются гораздо реже. Паргелии, возникающие на пересечениях с 90-градусными гало, называются парантелиями, или ложными противосолнцами.







Иногда виден также антелий (противосолице) - яркое пятно, расположенное на кольце паргелия точно напротив Солнца. Предполагается, что причиной возникновения этого явления служит двойное внутреннее отражение солнечного света. Отраженный луч проходит по тому же пути, что и падающий луч, но в обратном направлении.

Околозенитная дуга(Рис.9), иногда неверно назьюаемая верхней касательной дугой 46-градусного гало, - это дуга в 90. или меньше с центром в точке зенита, расположенная выше Солнца приблизительно на 46гр. Она бывает видна редко и только в течение нескольких минут, имеет яркие цвета. Околозенитная дуга примечательна своей расцветкой, яркостью и четкими очертаниями.

Временами наблюдаются лунные гало и другие эффекты, подобные описанным выше, причем наиболее обычное лунное гало (кольцо вокруг Луны, Рис.10) имеет угловой радиус 22гр. Подобно ложным солнцам, могут возникать ложные луны.

Также при наблюдении гало можно увидеть так называемый столб алмазной пыли(Рис.13) или редкое необъяснимое эллептическое гало(Рис.14)





По окрашенности гало бывают:



1)белые гало: паргелический круг.

2)радужные гало:

По удаленности источника света



1)гало паралельных лучей света (Parallel-light halos, PLH). Это практически все гало от солнца, луны, планет и т.д., так как свет идущий от таких далеких источников можно моделировать параллельными лучами света.

2)гало расходящихся лучей света(фото17) (Divergent-light halos, DLH). К данному классу относятся гало от близких источников света, от прожекторов, фонарей, ламп и т.д

Примечание к фото гало от прожектора:

- гало в противоположной солнцу части неба: 120° паргелии, дуги Вегнера, Гринлера,

паргелии Лилеквиста, противосолнце, субсолнечная петля

- отраженные в плоскости горизонта гало (суб гало): субсолнце, субпаргелии и другие

субгало.

Световые столбы (Рис. 15, 16, 17) — визуальное явление, оптический эффект, который представляет собой вертикальную полосу света, тянущуюся от солнца во время его заката или восхода. Явление вызывается шестиугольными плоскими либо столбовидными ледяными кристаллами с почти горизонтальными параллельными плоскими поверхностями. Взвешенные в воздухе плоские кристаллы вызывают солнечные столбы, если солнце находится на высоте 6 градусов над горизонтом либо позади него, столбовидные — если солнце находится на высоте 20 градусов над горизонтом. Кристаллы стремятся занять горизонтальную позицию при падении в воздухе, и вид светового столба зависит от их взаимного расположения.







Световые столбы нередко формируются вокруг луны, городских огней и других ярких источников света. Столбы, исходящие от низко расположенных источников света, обычно намного длиннее, чем солнечные или лунные столбы. Чем ближе к световому столбу находится наблюдатель, тем меньше сказывается расположение кристаллов в пространстве на внешнем виде столба.

Световой лес (pillarforests)(Рис.18, Рис.19) по своей структуре схож со световыми столбами и является одним из разновидностей гало, чаще всего наблюдается в северных широтах. На фотографиях видно множество световых столбов от фонарей, ламп. Наблюдается только в алмазной пыли, в морозной дымке.





Глория (Рис.18, Рис.19, Рис. 20)

Глория - оптическое явление в облаках или каплях тумана. Цветные кольца вокруг тени наблюдателя или предмета, находящегося около него, когда тень падает на облако или слой тумана. Глория объясняется дифракцией света на каплях воды.

Пронаблюдать данное явление можно на облаках, расположенных прямо перед наблюдателем или ниже него, в точке, прямо противоположной источнику света. Наблюдатель должен находиться на горе или на самолёте, а источник света (Солнце или Луна) — за его спиной.

Призраки Броккена. (Рис.18, Рис.19, Рис.20, Рис.21)

В некоторых районах земного шара, когда тень находящегося на возвышенности наблюдателя при восходе или заходе Солнца сзади него падает на облака, расположенные на небольшом расстоянии, обнаруживается поразительный эффект: тень приобретает колоссальные размеры. Это происходит из-за отражения и преломления света мельчайшими капельками воды в тумане. Описанное явление носит название "призрак Броккена" по имени вершины в горах Гарц в Германии.







Радуга (Rainbow)(Рис.22)

Медиа

Последнее изменение Понедельник, 28 Октябрь 2013 18:52
Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии
Яндекс.Метрика Рейтинг@Mail.ru
Google+    Login