כיתה ו' לומדת בבית הספר את הנושא "תופעות אופטיות באווירה". עם זאת, זה מעניין לא רק את המוח החקרני של ילד. תופעות אופטיות באטמוספירה, מצד אחד, משלבות את הקשת בענן, את השינוי בצבע השמים בזמן זריחות ושקיעות, הנראה לא פעם על ידי כולם. מצד שני, הם כוללים תעתועים מסתוריים, ירחים ושמשות כוזבים, הילות מרשימות שבעבר הפחידו אנשים. מנגנון היווצרותם של חלק מהם נותר לא ברור עד הסוף כיום, אולם העיקרון הכללי שלפיו תופעות אופטיות "חיות" בטבע נחקר היטב על ידי הפיזיקה המודרנית.
מעטפת אוויר
אטמוספירה של כדור הארץ היא מעטפת המורכבת מתערובת של גזים ומשתרעת על פני כ-100 ק מ מעל פני הים. צפיפות שכבת האוויר משתנה עם המרחק מכדור הארץ: ערכה הגבוה ביותר הוא על פני כדור הארץ, הוא יורד עם הגובה. לא ניתן לקרוא לאטמוספירה צורה סטטית. שכבות של מעטפת הגזכל הזמן נע ומערבב. המאפיינים שלהם משתנים: טמפרטורה, צפיפות, מהירות תנועה, שקיפות. כל הניואנסים הללו משפיעים על קרני השמש הממהרות אל פני כדור הארץ.
מערכת אופטית
התהליכים המתרחשים באטמוספרה, כמו גם הרכבה, תורמים לבליעה, השבירה וההחזרה של קרני האור. חלקם מגיעים למטרה - פני כדור הארץ, השני מפוזר או מנותב חזרה לחלל החיצון. כתוצאה מהעקמומיות והשתקפות האור, התפרקות חלק מהקרניים לספקטרום וכן הלאה, נוצרות תופעות אופטיות שונות באטמוספירה.
אופטיקה אטמוספרית
בתקופה שבה המדע היה בחיתוליו, אנשים הסבירו תופעות אופטיות על סמך הרעיונות הרווחים לגבי מבנה היקום. הקשת קישרה את העולם האנושי עם האלוהי, הופעתן של שתי שמשות שווא בשמים העידה על האסונות המתקרבים. כיום, רוב התופעות שהפחידו את אבותינו הרחוקים קיבלו הסבר מדעי. אופטיקה אטמוספרית עוסקת בחקר תופעות כאלה. מדע זה מתאר תופעות אופטיות באטמוספירה המבוססות על חוקי הפיזיקה. היא מסוגלת להסביר מדוע השמיים כחולים במהלך היום, אך משנים את צבעם במהלך השקיעה והשחר, כיצד נוצרת קשת ומאיפה מגיעים תעתועים. מחקרים וניסויים רבים מאפשרים היום להבין תופעות אופטיות בטבע כמו הופעת צלבים זוהרים, פאטה מורגנה, הילות קשת בענן.
שמים כחולים
צבע השמיםכל כך מוכר שאנחנו רק לעתים רחוקות חושבים על למה זה כך. עם זאת, פיזיקאים יודעים היטב את התשובה. ניוטון הוכיח שבתנאים מסוימים ניתן לפרק קרן אור לספקטרום. כאשר עוברים באטמוספירה, החלק המתאים לצבע הכחול מפוזר טוב יותר. הקטע האדום של הקרינה הנראית מאופיין באורך גל ארוך יותר והוא נחות פי 16 מהסגול מבחינת מידת הפיזור.
במקביל, אנו רואים את השמים לא סגולים, אלא כחולים. הסיבה לכך נעוצה במוזרויות של מבנה הרשתית וביחס בין חלקי הספקטרום באור השמש. העיניים שלנו רגישות יותר לכחול, והחלק הסגול של ספקטרום השמש פחות חזק מכחול.
Scarlet sunset
כשאנשים הבינו מהי האווירה, תופעות אופטיות הפסיקו להיות עבורם עדות או סימן לאירועים איומים. עם זאת, הגישה המדעית אינה מפריעה להנאה אסתטית משקיעות צבעוניות וזריחות עדינות. אדומים וכתומים בהירים, יחד עם ורודים וכחולים, מפנים בהדרגה את מקומם לחושך הלילה או לאור הבוקר. אי אפשר לצפות בשתי זריחות או שקיעות זהות. והסיבה לכך נעוצה באותה ניידות של שכבות אטמוספריות ותנאי מזג אוויר משתנים.
בזמן שקיעות וזריחות, קרני השמש עוברות נתיב ארוך יותר אל פני השטח מאשר במהלך היום. כתוצאה מכך, סגול, כחול וירוק מפוזרים לצדדים, ואור ישיר הופך לאדום וכתום. עננים, אבק או חלקיקי קרח תורמים לתמונה של שקיעה ושחר,תלוי באוויר. האור נשבר כשהוא עובר דרכם, וצובע את השמיים במגוון גוונים. בחלק של האופק המנוגד לשמש, לעתים קרובות ניתן לצפות במה שמכונה חגורת נוגה - רצועה ורודה המפרידה בין שמי הלילה הכהים לשמי היום הכחולים. התופעה האופטית היפה, הקרויה על שם אלת האהבה הרומית, נראית לפני עלות השחר ואחרי השקיעה.
גשר הקשת
אולי, שום תופעת אור אחרת באטמוספירה לא מעוררת כל כך הרבה עלילות מיתולוגיות ותמונות אגדות כמו אלו הקשורות לקשת בענן. הקשת או העיגול, המורכבים משבעה צבעים, ידועים לכולם מילדות. תופעה אטמוספירית יפה המתרחשת בזמן גשם, כאשר קרני השמש עוברות דרך הטיפות, מרתקת גם את מי שלמדו היטב את טבעה.
והפיסיקה של הקשת היום אינה סוד לאף אחד. אור השמש, נשבר על ידי טיפות גשם או ערפל, מתפצל. כתוצאה מכך, הצופה רואה שבעה צבעי הספקטרום, מאדום ועד סגול. אי אפשר להגדיר את הגבולות ביניהם. צבעים משתלבים בצורה חלקה זה בזה באמצעות מספר גוונים.
כאשר מתבוננים בקשת, השמש תמיד מאחורי האדם. מרכז החיוך של אירידה (כפי שכינו היוונים הקדמונים את הקשת) ממוקם על קו העובר דרך הצופה ואור היום. קשת מופיעה בדרך כלל כחצי עיגול. גודלו וצורתו תלויים במיקום השמש ובנקודה בה נמצא הצופה. ככל שהאור גבוה יותר מעל האופק, כך מעגל המראה האפשרי יורד נמוך יותר.קשתות. כאשר השמש חולפת 42 מעלות מעל האופק, צופה על פני כדור הארץ אינו יכול לראות את הקשת. ככל שאדם שרוצה להתפעל מחיוכה של אירידה גבוה יותר מעל פני הים, כך גדל הסיכוי שהוא לא יראה קשת, אלא עיגול.
קשת בענן כפולה, צרה ורחבה
לעתים קרובות, יחד עם הראשית, אתה יכול לראות את מה שנקרא קשת משנה. אם הראשון נוצר כתוצאה מהחזרה בודדת של אור, אז השני הוא תוצאה של השתקפות כפולה. בנוסף, הקשת הראשית נבדלת על ידי סדר מסוים של צבעים: אדום ממוקם מבחוץ, וסגול הוא בפנים, אשר קרוב יותר לפני השטח של כדור הארץ. ה"גשר" הצדדי הוא הספקטרום הפוך ברצף: הסגול נמצא בחלק העליון. זה קורה בגלל שהקרניים של טיפת גשם משתקפות מהשתקפות כפולה בזוויות שונות.
קשתות משתנות בעוצמת הצבע וברוחב. הבהירים והצרים למדי מופיעים לאחר סופת רעמים קיצית. טיפות גדולות, האופייניות לגשם כזה, יוצרות קשת בולטת מאוד עם צבעים מובהקים. טיפות קטנות מעניקות קשת מטושטשת יותר ופחות מורגשת.
תופעות אופטיות באטמוספירה: זוהר השמש
אחת התופעות האופטיות האטמוספריות היפות ביותר היא זוהר השמש. זה אופייני לכל כוכבי הלכת עם מגנטוספרה. על פני כדור הארץ, זוהר זוהר נצפים בקווי רוחב גבוהים בשתי ההמיספרות, באזורים שמסביבהקטבים המגנטיים של כוכב הלכת. לרוב, ניתן לראות זוהר ירקרק או כחול-ירוק, לעיתים בתוספת הבזקים של אדום וורוד לאורך הקצוות. זוהר הקוטב האינטנסיבי מעוצב כמו סרטים או קפלי בד, שהופכים לכתמים בעת דהייה. פסים בגובה של כמה מאות קילומטרים בולטים היטב לאורך הקצה התחתון על רקע השמים הכהים. הגבול העליון של זוהר השמש אבד בשמים.
התופעות האופטיות היפות הללו באטמוספירה עדיין שומרות על סודותיהן מאנשים: מנגנון התרחשותם של סוגים מסוימים של זוהר, הגורם לפצפוצים במהלך הבזקים חדים, לא נחקר במלואו. עם זאת, התמונה הכללית של היווצרות זוהר ידועה כיום. השמים שמעל הקוטב הצפוני והדרומי מעוטרים בזוהר ירקרק-ורוד כאשר חלקיקים טעונים מרוח השמש מתנגשים באטומים באטמוספרה העליונה של כדור הארץ. האחרונים, כתוצאה מהאינטראקציה, מקבלים אנרגיה נוספת ופולטים אותה בצורה של אור.
Halo
השמש והירח מופיעים לפנינו לעתים קרובות מוקפים בזוהר הדומה להילה. הילה זו היא טבעת נראית היטב סביב מקור האור. באטמוספירה, לרוב היא נוצרת בגלל חלקיקי הקרח הקטנים ביותר המרכיבים ענני צירוס גבוה מעל כדור הארץ. בהתאם לצורתם ולגודלם של הגבישים, מאפייני התופעה משתנים. לעתים קרובות ההילה לובשת צורה של מעגל קשת בענן כתוצאה מפירוק קרן האור לספקטרום.
מגוון מעניין של התופעה נקרא פרהליון. כתוצאה משבירה של האור בגבישי קרח עלבגובה השמש נוצרים שני כתמים בהירים, הדומים לאור יום. בכרוניקות היסטוריות ניתן למצוא תיאורים של תופעה זו. בעבר, זה נחשב לעתים קרובות למבשר של אירועים איומים.
Mirage
מיראז'ים הן גם תופעות אופטיות באטמוספירה. הם נוצרים כתוצאה משבירה של האור בגבול בין שכבות אוויר השונות באופן משמעותי בצפיפות. הספרות מתארת מקרים רבים שבהם מטייל במדבר ראה נווה מדבר או אפילו ערים וטירות שלא יכלו להיות בקרבת מקום. לרוב מדובר בתעתועים "נמוכים יותר". הם עולים על פני משטח ישר (מדבר, אספלט) ומייצגים תמונה משתקפת של השמים, שנראה למתבונן כגוף מים.
מה שנקרא תעתועים מעולים פחות נפוצים. הם נוצרים על פני משטחים קרים. תעתועים מעולה הם ישרים והפוכים, לפעמים הם משלבים את שתי התנוחות. הנציג המפורסם ביותר של תופעות אופטיות אלה הוא פאטה מורגנה. זהו תעתוע מורכב המשלב מספר סוגי השתקפויות בו זמנית. עצמים מהחיים האמיתיים מופיעים לפני המתבונן, משתקפים שוב ושוב ומעורבים.
חשמל אטמוספרי
תופעות חשמליות ואופטיות באטמוספירה מוזכרות לעתים קרובות יחד, אם כי הגורמים להתרחשותן שונים. קיטוב העננים והיווצרות ברק קשורים לתהליכים המתרחשים בטרופוספירה וביונוספירה. פריקות ניצוץ ענק נוצרות בדרך כלל במהלך סופת רעמים. ברק מתרחש בתוך עננים ויכול לפגוע בקרקע. הם מסכני חייםאנשים, וזו אחת הסיבות לעניין המדעי בתופעות כאלה. כמה תכונות של ברק הן עדיין בגדר תעלומה לחוקרים. כיום, הגורם לברק כדורי אינו ידוע. כמו בהיבטים מסוימים של תיאוריית זוהר הלילה ותעתועים, תופעות חשמל ממשיכות לסקרן מדענים.
תופעות אופטיות באטמוספירה, המתוארות בקצרה במאמר, הופכות למובנות יותר ויותר עבור פיזיקאים מדי יום. יחד עם זאת, הם, כמו ברק, לא מפסיקים להדהים אנשים ביופיים, במסתורין ולפעמים בגרנדיוזיות שלהם.
