6. ročník študuje v škole tému „Optické javy v atmosfére“. Zaujíma však nielen zvedavú myseľ dieťaťa. Optické javy v atmosfére na jednej strane spájajú dúhu, zmenu farby oblohy pri východoch a západoch slnka, ktorú vidí každý viackrát. Na druhej strane zahŕňajú záhadné fatamorgány, falošné Mesiace a Slnká, pôsobivé halo, ktoré v minulosti ľudí desili. Mechanizmus vzniku niektorých z nich zostáva dodnes až do konca nejasný, avšak všeobecný princíp, podľa ktorého optické javy „žijú“v prírode, je modernou fyzikou dobre preštudovaný.
Vzduchový plášť
Atmosféra Zeme je škrupina pozostávajúca zo zmesi plynov a siaha do výšky asi 100 km nad morom. Hustota vzduchovej vrstvy sa mení so vzdialenosťou od zeme: jej najvyššia hodnota je na povrchu planéty, s výškou klesá. Atmosféru nemožno nazvať statickou formáciou. Vrstvy plynového obaluneustále sa pohybovať a miešať. Ich vlastnosti sa menia: teplota, hustota, rýchlosť pohybu, priehľadnosť. Všetky tieto nuansy ovplyvňujú slnečné lúče rútiace sa na povrch planéty.
Optický systém
Procesy prebiehajúce v atmosfére, ako aj jej zloženie prispievajú k absorpcii, lomu a odrazu svetelných lúčov. Niektoré z nich dosiahnu cieľ – zemský povrch, iné sú rozptýlené alebo presmerované späť do vesmíru. V dôsledku zakrivenia a odrazu svetla, rozpadu časti lúčov do spektra a pod., vznikajú v atmosfére rôzne optické javy.
Atmosférická optika
V čase, keď bola veda v plienkach, ľudia vysvetľovali optické javy na základe prevládajúcich predstáv o štruktúre vesmíru. Dúha spájala ľudský svet s božským, objavenie sa dvoch falošných Sĺnk na oblohe svedčilo o blížiacich sa katastrofách. Dnes už väčšina javov, ktoré vystrašili našich vzdialených predkov, dostala vedecké vysvetlenie. Atmosférická optika sa zaoberá štúdiom takýchto javov. Táto veda popisuje optické javy v atmosfére na základe fyzikálnych zákonov. Dokáže vysvetliť, prečo je obloha počas dňa modrá, ale počas západu slnka a úsvitu mení farbu, ako vzniká dúha a odkiaľ prichádzajú fatamorgány. Početné štúdie a experimenty dnes umožňujú pochopiť také optické javy v prírode, ako je výskyt svietiacich krížov, Fata Morgana, dúhové svätožiary.
Modrá obloha
Farba oblohytaké známe, že sa len zriedka zamýšľame nad tým, prečo je to tak. Napriek tomu fyzici dobre poznajú odpoveď. Newton dokázal, že za určitých podmienok možno lúč svetla rozložiť na spektrum. Pri prechode atmosférou sa lepšie rozptýli časť zodpovedajúca modrej farbe. Červená časť viditeľného žiarenia sa vyznačuje dlhšou vlnovou dĺžkou a je 16-krát nižšia ako fialová, pokiaľ ide o stupeň rozptylu.
Zároveň nevidíme oblohu fialovú, ale modrú. Dôvodom sú zvláštnosti štruktúry sietnice a pomer častí spektra v slnečnom svetle. Naše oči sú citlivejšie na modrú farbu a fialová časť slnečného spektra je menej intenzívna ako modrá.
Šarlátový západ slnka
Keď ľudia prišli na to, čo je to atmosféra, optické javy pre nich prestali byť dôkazom alebo predzvesťou strašných udalostí. Vedecký prístup však nezasahuje do estetického potešenia z farebných západov a jemných východov slnka. Jasné červené a oranžové spolu s ružovými a modrými postupne ustupujú nočnej tme alebo rannému svetlu. Je nemožné pozorovať dva rovnaké východy alebo západy slnka. A dôvod spočíva v rovnakej mobilite atmosférických vrstiev a meniacich sa poveternostných podmienkach.
Počas západov a východov slnka prechádzajú slnečné lúče na povrch dlhšiu dráhu ako cez deň. Výsledkom je, že rozptýlená fialová, modrá a zelená idú do strán a priame svetlo sa zmení na červenú a oranžovú. Mraky, prach alebo častice ľadu prispievajú k obrazu západu slnka a úsvitu,zavesené vo vzduchu. Svetlo sa pri prechode cez ne láme a sfarbuje oblohu do rôznych odtieňov. Na časti horizontu oproti Slnku možno často pozorovať takzvaný Venušin pás – ružový pás, ktorý oddeľuje tmavú nočnú oblohu a modrú dennú oblohu. Nádherný optický úkaz, pomenovaný po rímskej bohyni lásky, je viditeľný pred úsvitom a po západe slnka.
Dúhový most
Snáď žiadne iné svetelné úkazy v atmosfére nevyvolávajú toľko mytologických zápletiek a rozprávkových obrazov ako tie, ktoré sa spájajú s dúhou. Oblúk alebo kruh pozostávajúci zo siedmich farieb pozná každý už od detstva. Nádherný atmosférický úkaz, ktorý vzniká počas dažďa, keď slnečné lúče prechádzajú cez kvapky, fascinuje aj tých, ktorí dôkladne študovali jeho povahu.
A dnešná fyzika dúhy nie je pre nikoho tajomstvom. Slnečné svetlo, lámané kvapkami dažďa alebo hmly, sa rozdeľuje. Výsledkom je, že pozorovateľ vidí sedem farieb spektra, od červenej po fialovú. Nie je možné určiť hranice medzi nimi. Farby do seba hladko splývajú prostredníctvom niekoľkých odtieňov.
Pri pozorovaní dúhy je slnko vždy za človekom. Stred Iridinho úsmevu (ako starí Gréci nazývali dúhu) sa nachádza na línii prechádzajúcej cez pozorovateľa a denné svetlo. Dúha sa zvyčajne javí ako polkruh. Jeho veľkosť a tvar závisí od polohy Slnka a bodu, v ktorom sa nachádza pozorovateľ. Čím vyššie je svietidlo nad horizontom, tým nižší je kruh možného vzhľadu.dúhy. Keď Slnko prejde 42º nad horizontom, pozorovateľ na zemskom povrchu dúhu nevidí. Čím vyššie nad morom je človek, ktorý chce obdivovať úsmev Iridy, tým je pravdepodobnejšie, že neuvidí oblúk, ale kruh.
Dvojitá, úzka a široká dúha
Často spolu s hlavnou dúhou môžete vidieť aj takzvanú sekundárnu dúhu. Ak je prvý vytvorený ako výsledok jediného odrazu svetla, potom druhý je výsledkom dvojitého odrazu. Okrem toho sa hlavná dúha vyznačuje určitým poradím farieb: červená je umiestnená zvonka a fialová je zvnútra, ktorá je bližšie k povrchu Zeme. Bočný "mostík" je spektrum obrátené v poradí: fialová je navrchu. Stáva sa to preto, že lúče z dažďovej kvapky sa odrážajú od dvojitého odrazu pod rôznymi uhlami.
Dúhy sa líšia intenzitou farby a šírkou. Najjasnejšie a skôr úzke sa objavia po letnej búrke. Veľké kvapky, charakteristické pre takýto dážď, dávajú vznik dobre viditeľnej dúhe s výraznými farbami. Malé kvapôčky vytvárajú rozmazanejšiu a menej nápadnú dúhu.
Optické javy v atmosfére: polárna žiara
Jedným z najkrajších atmosférických optických javov je polárna žiara. Je charakteristický pre všetky planéty s magnetosférou. Na Zemi sú polárne žiary pozorované vo vysokých zemepisných šírkach na oboch hemisférach, v okolitých zónachmagnetické póly planéty. Najčastejšie môžete vidieť zelenkastú alebo modrozelenú žiaru, niekedy doplnenú o záblesky červenej a ružovej pozdĺž okrajov. Intenzívna polárna žiara má tvar stužiek alebo záhybov látky, ktoré sa pri vyblednutí menia na škvrny. Na spodnom okraji proti tmavej oblohe dobre vyniknú pásy vysoké niekoľko stoviek kilometrov. Horná hranica polárnej žiary je stratená na oblohe.
Tieto nádherné optické javy v atmosfére stále pred ľuďmi taja: mechanizmus výskytu určitých typov luminiscencie, príčina praskania pri ostrých zábleskoch, nie je úplne preskúmaný. Všeobecný obraz vzniku polárnych žiaroviek je však dnes známy. Obloha nad severným a južným pólom je ozdobená zeleno-ružovou žiarou, keď sa nabité častice zo slnečného vetra zrážajú s atómami v hornej atmosfére Zeme. Ten v dôsledku interakcie dostane dodatočnú energiu a vyžaruje ju vo forme svetla.
Halo
Slnko a mesiac sa pred nami často objavujú obklopené žiarou pripomínajúcou svätožiaru. Toto halo je dobre viditeľný prstenec okolo svetelného zdroja. V atmosfére sa najčastejšie tvorí vďaka najmenším časticiam ľadu, ktoré tvoria cirrové oblaky vysoko nad Zemou. V závislosti od tvaru a veľkosti kryštálov sa mení charakteristika javu. Halo má často podobu dúhového kruhu ako výsledok rozkladu svetelného lúča na spektrum.
Zaujímavá variácia tohto javu sa nazýva parhelium. V dôsledku lomu svetla v ľadových kryštáloch naNa úrovni Slnka sa tvoria dve svetlé škvrny, pripomínajúce denné svetlo. V historických kronikách možno nájsť opisy tohto javu. V minulosti to bolo často považované za predzvesť hrozných udalostí.
Mirage
Zázraky sú tiež optické javy v atmosfére. Vznikajú v dôsledku lomu svetla na hranici medzi vrstvami vzduchu, ktoré sa výrazne líšia hustotou. V literatúre sa opisuje veľa prípadov, keď cestovateľ v púšti videl oázy alebo dokonca mestá a hrady, ktoré nemohli byť nablízku. Najčastejšie ide o „nižšie“fatamorgány. Vynárajú sa nad plochým povrchom (púšť, asf alt) a predstavujú odrazený obraz oblohy, ktorá sa pozorovateľovi javí ako vodná plocha.
Takzvané vynikajúce fatamorgány sú menej časté. Tvoria sa na studených povrchoch. Vynikajúce fatamorgány sú rovné a obrátené, niekedy kombinujú obe polohy. Najznámejším predstaviteľom týchto optických javov je Fata Morgana. Ide o komplexnú fatamorgánu, ktorá kombinuje niekoľko typov odrazov naraz. Objekty skutočného života sa zjavujú pred pozorovateľom, opakovane sa odrážajú a miešajú.
Atmosférická elektrina
Elektrické a optické javy v atmosfére sa často spomínajú spoločne, hoci príčiny ich vzniku sú rôzne. Polarizácia oblakov a tvorba bleskov sú spojené s procesmi prebiehajúcimi v troposfére a ionosfére. Obrovské iskrové výboje sa zvyčajne tvoria počas búrky. Blesky sa vyskytujú vo vnútri oblakov a môžu zasiahnuť zem. Sú životu nebezpečnéľudí, a to je jeden z dôvodov vedeckého záujmu o takéto javy. Niektoré vlastnosti blesku sú pre výskumníkov stále záhadou. Dnes je príčina guľového blesku neznáma. Rovnako ako v prípade niektorých aspektov teórie polárnej žiary a zázraku, elektrické javy naďalej fascinujú vedcov.
Optické javy v atmosfére, stručne popísané v článku, sú pre fyzikov každým dňom čoraz zrozumiteľnejšie. Zároveň ako blesk neprestávajú udivovať ľudí svojou krásou, tajomnosťou a niekedy aj grandióznosťou.
