Il 6° anno sta studiando l'argomento "Fenomeni ottici nell'atmosfera" a scuola. Tuttavia, è interessante non solo per la mente curiosa di un bambino. I fenomeni ottici nell'atmosfera, da un lato, combinano l'arcobaleno, il cambiamento del colore del cielo durante albe e tramonti, visto più di una volta da tutti. D' altra parte, includono miraggi misteriosi, false lune e soli, aloni impressionanti che in passato terrorizzavano le persone. Il meccanismo di formazione di alcuni di essi rimane poco chiaro fino alla fine oggi, tuttavia, il principio generale per cui i fenomeni ottici "vivono" in natura è stato ben studiato dalla fisica moderna.
Guscio d'aria
L'atmosfera terrestre è un guscio costituito da una miscela di gas e si estende per circa 100 km sul livello del mare. La densità dello strato d'aria cambia con la distanza dalla terra: il suo valore più alto è sulla superficie del pianeta, diminuisce con l' altezza. L'atmosfera non può essere definita una formazione statica. Strati dell'involucro gassosoin continuo movimento e mescolanza. Le loro caratteristiche cambiano: temperatura, densità, velocità di movimento, trasparenza. Tutte queste sfumature influenzano i raggi del sole che si precipitano sulla superficie del pianeta.
Sistema ottico
I processi che avvengono nell'atmosfera, così come la sua composizione, contribuiscono all'assorbimento, alla rifrazione e alla riflessione dei raggi luminosi. Alcuni di loro raggiungono l'obiettivo: la superficie terrestre, l' altro viene disperso o reindirizzato nello spazio esterno. Come risultato della curvatura e della riflessione della luce, del decadimento di parte dei raggi in uno spettro e così via, si formano nell'atmosfera vari fenomeni ottici.
Ottica atmosferica
Al tempo in cui la scienza era agli albori, le persone spiegavano i fenomeni ottici basati sulle idee prevalenti sulla struttura dell'Universo. L'arcobaleno collegava il mondo umano con il divino, l'apparizione di due falsi Soli nel cielo testimoniava l'avvicinarsi delle catastrofi. Oggi, la maggior parte dei fenomeni che hanno spaventato i nostri lontani antenati hanno ricevuto una spiegazione scientifica. L'ottica atmosferica è impegnata nello studio di tali fenomeni. Questa scienza descrive i fenomeni ottici nell'atmosfera sulla base delle leggi della fisica. È in grado di spiegare perché il cielo è blu durante il giorno, ma cambia colore durante il tramonto e l'alba, come si forma un arcobaleno e da dove vengono i miraggi. Numerosi studi ed esperimenti oggi consentono di comprendere fenomeni ottici in natura come la comparsa di croci luminose, Fata Morgana, aloni arcobaleno.
Cielo blu
Colore del cielocosì familiare che raramente pensiamo al motivo per cui è così. Tuttavia, i fisici conoscono bene la risposta. Newton ha dimostrato che in determinate condizioni un raggio di luce può essere scomposto in uno spettro. Quando si attraversa l'atmosfera, la parte corrispondente al colore blu viene dispersa meglio. La sezione rossa della radiazione visibile è caratterizzata da una lunghezza d'onda maggiore ed è 16 volte inferiore al viola in termini di grado di diffusione.
Allo stesso tempo, vediamo il cielo non viola, ma blu. La ragione di ciò risiede nelle peculiarità della struttura della retina e nel rapporto tra parti dello spettro alla luce del sole. I nostri occhi sono più sensibili al blu e la porzione viola dello spettro solare è meno intensa del blu.
Tramonto scarlatto
Quando le persone hanno capito cos'è l'atmosfera, i fenomeni ottici hanno smesso di essere per loro una prova o un presagio di eventi terribili. Tuttavia, l'approccio scientifico non interferisce con il piacere estetico di tramonti colorati e albe dolci. Rossi e arancioni luminosi, insieme a rosa e blu, lasciano gradualmente il posto all'oscurità notturna o alla luce del mattino. È impossibile osservare due albe o tramonti identici. E la ragione di ciò risiede nella stessa mobilità degli strati atmosferici e nelle mutevoli condizioni meteorologiche.
Durante i tramonti e le albe, i raggi del sole percorrono un percorso più lungo verso la superficie rispetto al giorno. Di conseguenza, viola, blu e verde diffusi vanno ai lati e la luce diretta diventa rossa e arancione. Nuvole, polvere o particelle di ghiaccio contribuiscono all'immagine del tramonto e dell'alba,sospeso nell'aria. La luce viene rifratta mentre li attraversa e colora il cielo in una varietà di sfumature. Nella parte dell'orizzonte opposta al Sole, si può spesso osservare la cosiddetta Cintura di Venere, una striscia rosa che separa il cielo notturno scuro e il cielo azzurro diurno. Il bellissimo fenomeno ottico, dal nome della dea romana dell'amore, è visibile prima dell'alba e dopo il tramonto.
Ponte Arcobaleno
Forse, nessun altro fenomeno luminoso nell'atmosfera evoca così tante trame mitologiche e immagini fiabesche come quelle associate all'arcobaleno. L'arco o cerchio, composto da sette colori, è noto a tutti fin dall'infanzia. Un bellissimo fenomeno atmosferico che si verifica durante la pioggia, quando i raggi del sole passano attraverso le gocce, affascina anche chi ne ha studiato a fondo la natura.
E la fisica dell'arcobaleno oggi non è un segreto per nessuno. La luce solare, rifratta da gocce di pioggia o nebbia, si divide. Di conseguenza, l'osservatore vede sette colori dello spettro, dal rosso al viola. È impossibile definire i confini tra di loro. I colori si fondono uniformemente l'uno nell' altro attraverso diverse sfumature.
Quando si osserva un arcobaleno, il sole è sempre dietro la persona. Il centro del sorriso di Irida (come gli antichi greci chiamavano l'arcobaleno) si trova su una linea che passa attraverso l'osservatore e la luce del giorno. Un arcobaleno di solito appare come un semicerchio. Le sue dimensioni e la sua forma dipendono dalla posizione del Sole e dal punto in cui si trova l'osservatore. Più alto è il luminare sopra l'orizzonte, più basso cade il cerchio della possibile apparenza.arcobaleni. Quando il Sole passa a 42º sopra l'orizzonte, un osservatore sulla superficie terrestre non può vedere l'arcobaleno. Più è alta sul livello del mare una persona che vuole ammirare il sorriso di Irida, più è probabile che vedrà non un arco, ma un cerchio.
Arcobaleno doppio, stretto e largo
Spesso, insieme a quello principale, puoi vedere il cosiddetto arcobaleno secondario. Se il primo si forma come risultato di un singolo riflesso della luce, il secondo è il risultato di un doppio riflesso. Inoltre, l'arcobaleno principale si distingue per un certo ordine di colori: il rosso si trova all'esterno e il viola all'interno, che è più vicino alla superficie della Terra. Il "ponte" laterale è lo spettro invertito in sequenza: il viola è in alto. Ciò accade perché i raggi di una goccia di pioggia vengono riflessi da una doppia riflessione ad angoli diversi.
Gli arcobaleni variano per intensità e larghezza del colore. I più luminosi e piuttosto stretti compaiono dopo un temporale estivo. Grandi gocce, caratteristiche di tale pioggia, danno origine a un arcobaleno molto visibile con colori distinti. Piccole goccioline danno un arcobaleno più sfocato e meno evidente.
Fenomeni ottici nell'atmosfera: aurora boreale
Uno dei più bei fenomeni ottici atmosferici è l'aurora. È caratteristico di tutti i pianeti con una magnetosfera. Sulla Terra, le aurore si osservano alle alte latitudini in entrambi gli emisferi, nelle zone circostantipoli magnetici del pianeta. Molto spesso, puoi vedere un bagliore verdastro o blu-verde, a volte integrato da lampi di rosso e rosa lungo i bordi. L'intensa aurora boreale ha la forma di nastri o pieghe di tessuto, che si trasformano in macchie quando sbiadiscono. Strisce alte diverse centinaia di chilometri si stagliano bene lungo il bordo inferiore contro il cielo scuro. Il limite superiore dell'aurora si perde nel cielo.
Questi bellissimi fenomeni ottici nell'atmosfera conservano ancora i loro segreti alle persone: il meccanismo del verificarsi di alcuni tipi di luminescenza, la causa del crepitio durante i lampi acuti, non è stato completamente studiato. Tuttavia, il quadro generale della formazione delle aurore è noto oggi. I cieli sopra i poli nord e sud sono decorati con un bagliore rosa-verdastro mentre le particelle cariche del vento solare si scontrano con gli atomi nell'atmosfera superiore della Terra. Questi ultimi, come risultato dell'interazione, ricevono energia aggiuntiva e la emettono sotto forma di luce.
Halo
Il sole e la luna appaiono spesso davanti a noi circondati da un bagliore che ricorda un alone. Questo alone è un anello altamente visibile attorno alla sorgente luminosa. Nell'atmosfera, il più delle volte si forma a causa delle più piccole particelle di ghiaccio che compongono i cirri in alto sopra la Terra. A seconda della forma e delle dimensioni dei cristalli, le caratteristiche del fenomeno cambiano. Spesso l'alone assume la forma di un cerchio arcobaleno come risultato della scomposizione del raggio di luce in uno spettro.
Un'interessante varietà del fenomeno è chiamata parhelion. Come risultato della rifrazione della luce nei cristalli di ghiaccioA livello del Sole si formano due punti luminosi, simili a una luce diurna. Nelle cronache storiche si possono trovare descrizioni di questo fenomeno. In passato era spesso considerato un presagio di eventi terribili.
Miragio
I miraggi sono anche fenomeni ottici nell'atmosfera. Sorgono come risultato della rifrazione della luce al confine tra strati d'aria che differiscono significativamente per densità. La letteratura descrive molti casi in cui un viaggiatore nel deserto vide oasi o addirittura città e castelli che non potevano trovarsi nelle vicinanze. Molto spesso si tratta di miraggi "inferiori". Sorgono su una superficie piana (deserto, asf alto) e rappresentano un'immagine riflessa del cielo, che all'osservatore sembra essere uno specchio d'acqua.
I cosiddetti miraggi superiori sono meno comuni. Si formano su superfici fredde. I miraggi superiori sono dritti e invertiti, a volte combinano entrambe le posizioni. Il rappresentante più famoso di questi fenomeni ottici è Fata Morgana. Questo è un miraggio complesso che combina diversi tipi di riflessi contemporaneamente. Gli oggetti della vita reale appaiono davanti all'osservatore, ripetutamente riflessi e mescolati.
Elettricità atmosferica
Fenomeni elettrici e ottici nell'atmosfera sono spesso menzionati insieme, sebbene le cause del loro verificarsi siano diverse. La polarizzazione delle nuvole e la formazione di fulmini sono associate a processi che si verificano nella troposfera e nella ionosfera. Le scariche di scintille giganti si formano solitamente durante un temporale. I fulmini si verificano all'interno delle nuvole e possono colpire il suolo. Sono in pericolo di vitapersone, e questo è uno dei motivi dell'interesse scientifico per tali fenomeni. Alcune proprietà dei fulmini sono ancora un mistero per i ricercatori. Oggi, la causa del fulmine globulare è sconosciuta. Come per alcuni aspetti della teoria dell'aurora e del miraggio, i fenomeni elettrici continuano ad incuriosire gli scienziati.
I fenomeni ottici nell'atmosfera, brevemente descritti nell'articolo, stanno diventando ogni giorno sempre più comprensibili per i fisici. Allo stesso tempo, come un fulmine, non smettono mai di stupire le persone con la loro bellezza, mistero e talvolta grandiosità.
