Дивовижні явища природи і оптика

Будучи дітьми, всі ми дивуємось синьому небу, білим хмарам і яскравим зіркам. З віком у багатьох це проходить, і ми перестаємо помічати природу. Цей список незвичайних природних явищ, який неодмінно змусить вас в котрий раз здивуватись складній організації нашого світу, і явищ природи зокрема.

Місячна веселка Ми майже звикли до звичайної веселки. Але нічна веселка набагато більш рідкісне явище, ніж веселка денна. Вона може з'явитись лише тоді, коли Місяць повний або майже повний - саме в цей час він буває найяскравішим. І все одно його яскравості недостатньо - місячна веселка значно блідіша за звичайну. Це пояснюється тим, що Місяць відбиває від Сонця менше світла, ніж випромінює саме Сонце. Для появи місячної веселки, за винятком тих, які викликані водоспадом, Місяць має знаходитись невисоко в небі (менше ніж 42 градуси і бажано ще нижче) і небо має бути темним. І звичайно ж навпроти Місяця повинен йти дощ. Шукати місячну веселку потрібно на протилежній від Місяця стороні неба. Феномен місячної веселки спостерігається лише в кількох місцях у світі. Наприклад, на території Йосемітського національного парку (США) знаходиться велика кількість водоспадів, тому тут можна спостерігати місячні веселки, особливо при весняному підвищенні рівня води від талого снігу. Але, ймовірно, при достатньо сильному тумані і ясній погоді, нічну веселку можна спостерігати на будь-яких широтах.Йосемітського національного парку

Гало Зазвичай гало виникають при підвищеній вологості або лютому морозі - раніше гало вважалося явищем згори, і люди чекали чогось незвичайного. Але гало, це лише ще один оптичний феномен. Він являє собою сяюче кільце навколо об'єкта - джерела світла. Існує безліч типів гало, але викликані вони переважно крижаними кристалами в перистих хмарах на висоті 5-10 км у верхніх шарах тропосфери. Вигляд кожного конкретного гало залежить від форми і розташування кристалів. Гало зазвичай з'являється навколо Сонця чи Місяця, іноді навколо інших потужних джерел світла, таких як вуличні вогні. Відбите і заломлене крижаними кристалами світло нерідко розкладається в спектр, що робить гало схожим на веселку. Іноді в морозну погоду гало утворюється кристалами дуже близько до земної поверхні. В цьому випадку кристали нагадують сяючі коштовні камені.

Пояс Венери Цікаве оптичне явище, яке виникає за умови запиленої атмосфери - незвичайний «пояс» між небом та горизонтом. Виглядає пояс Венери, як смуга від рожевого до помаранчевого кольору між темним нічним небом внизу і блакитним небом вгорі. З'являється він перед сходом або після заходу в місці, протилежному Сонцю. Пояс Венери можна спостерігати будь-де, але потрібно, щоб небо біля горизонту було чистим. Власне, в поясі Венери атмосфера розсіює сонячне світло, яке під час світанків та заходів Сонця виглядає більш червоним, тому й виходить рожевий колір, а не синій.

Ілюзія Місяця Ілюзія Місяця («місячна ілюзія») - оптична ілюзія, при якій розмір Місяця, коли той знаходиться низько над горизонтом, здається в кілька разів більшим у порівнянні з тим, як він сприймається при знаходженні високо в небі (в зеніті), хоча проекції Місяця на сітківку ока в обох випадках рівні між собою. Ілюзія виникає також при спостереженнях Сонця, планет та сузір'їв. Широко поширена помилкова думка, яка полягає в тому, що більший розмір Місяця над горизонтом пояснюється ефектом збільшення, який створюється атмосферою Землі. Однак, на розмір Місяця атмосфера ніяк не впливає, а лише змінює його колір. Насправді ж «місячна ілюзія» це лише особливість людського сприйняття. Найпростіший спосіб продемонструвати ілюзорність ефекту - це потримати невеликий об'єкт (наприклад, монетку) на витягнутій руці, прикривши при цьому одне око. Порівнюючи розмір об'єкта з великим Місяцем у горизонту і з маленьким Місяцем в небі, можна побачити, що відносний розмір не змінюється. Можна також зробити з аркуша паперу трубу і дивитися через неї тільки на Місяць, без оточуючих об'єктів - ілюзія зникне.

У деяких районах Землі можна спостерігати дивовижне явище: людина, що стоїть на пагорбі або горі, за спиною якого сходить або заходить сонце, виявляє, що його тінь, що впала на хмари, стає неправдоподібно величезною. Це відбувається через те, що найдрібніші краплі туману особливим чином заломлюють і відбивають сонячне світло. Свою назву явище дістало на ім'я вершини Броккен в Німеччині, на якій, із-за частих туманів, можна регулярно спостерігати цей ефект.

Коли світло піддається ефекту зворотного розсіювання (дифракція світла, раніше за вже відбиту у водяних кристалах хмару), він повертається від хмари в тому ж напрямі, по якому падав, і утворює ефект, що дістав назву "Глорія". Спостерігати цей ефект можна тільки на хмарах, які знаходяться прямо перед глядачем або нижче його, в точці, яка знаходиться на протилежній стороні до джерела світла. Таким чином, побачити Глорію можна тільки з гори або з літака, причому джерела світла (Сонце або місяць) повинні знаходитися прямо за спиною спостерігача. Веселкові круги Глорії в Китаї ще називають Світлом Будди.

Коли Сонце розташовується під певним кутом до крапельок води, з яких складається хмара, ці краплі заломлюють сонячне світло і створюють незвичайний ефект "веселкової хмари", забарвлюючи його в усі барви веселки. Своїм забарвленням хмари, як і веселка, зобов'язані різній довжині хвиль світла.

"Паргелій" в перекладі з грецького - "неправдиве сонце". Це одна з форм гало: на небі спостерігається одно або декілька додаткових зображень Сонця, розташованих на тій же висоті над горизонтом, що і справжнє Сонце. Мільйони кристалів льоду з вертикальною поверхнею, що відбивають Сонце, і утворюють це найкрасивіше явище.

Веселка - найкрасивіше атмосферне явище. Веселки можуть приймати різні форми, загальним для них є правило розташування кольорів - в послідовності спектру(червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий). Веселки можна спостерігати, коли Сонце освітлює частину неба, а повітря насичене крапельками вологи, наприклад, в час або відразу після дощу. В давнину появам веселки на небі надавали містичний сенс. Побачити веселку вважалося хорошою ознакою, проїхати або пройти під нею обіцяло щастя і успіх. Подвійна веселка, як говорили, приносить удачу і виконує бажання. Древні греки вірили, що веселка - це міст на небо, а ірландці вважали, що на іншому кінці веселки знаходиться легендарне золото лепреконів.

Світіння, спостережуване на небі в полярних областях, називають північним або полярним сяйвом, а так само південним - в Південній півкулі. Передбачається, що цей феномен існує також і в атмосферах інших планет, наприклад Венери. Природа і походження полярних сяйв - предмет інтенсивних досліджень, і в зв'язку з цим були розроблені численні теорії. Полярні сяйва, як вважають учені, виникають внаслідок бомбардування верхніх шарів атмосфери зарядженими частками, що рухаються до Землі уздовж силових ліній геомагнітного поля з області навколоземного космічного простору.

Оптичний ефект, обумовлений заломленням світла при проходженні через шари повітря різної щільності, виражається у виникненні обманного зображення - міражу. Міражі можна спостерігати в жаркому кліматі, особливо в пустелях. Рівна поверхня піску вдалині стає схожої на відкрите джерело води, особливо якщо дивитися удалину з дюни або пагорба. Схожа ілюзія виникає в місті в жаркий день, на нагрітому променями сонця асфальті

Природа цих явищ схожа з умовами, які викликають появу гало. Власне, світові стовпи - один з найчастіших видів гало. Світловий, або сонячний, стовп являє собою вертикальну смугу світла, яка тягнеться від Сонця під час заходу або сходу. Явище виникає, коли сонячне світло відбивається від поверхонь дрібних крижаних кристалів, які являють собою завислі у повітрі крижані пластинки або стрижні з шестикутним перетином. При падінні в повітрі ці кристали прагнуть зайняти горизонтальну позицію, і вигляд світлового стовпа залежить від їх взаємного розташування. Такі кристали утворюються у високих перистих хмарах, найчастіше в перисто-шаруватих. При низьких температурах подібні кристали також можуть утворюватись і в більш низьких шарах атмосфери. Тому, світлові стовпи частіше спостерігаються в холодну пору року. Світлові стовпи нерідко формуються навколо Місяця, міських вогнів і інших яскравих джерел світла. Стовпи, викликані низько розташованими джерелами світла, зазвичай набагато довші, ніж сонячні або місячні стовпи.

Зелений промінь

Зелений промінь - рідкісне оптичне явище, спалах зеленого світла в момент зникнення сонячного диска за горизонтом або появи його з-за обрію. Для спостереження зеленого променя необхідні три умови: відкритий горизонт (в степу або на морі за відсутності хвиль), чисте повітря і вільна від хмар сторона горизонту, де відбувається захід або схід Сонця. Фізика цього явища полягає в тому, що заломлення сонячних променів в атмосфері супроводжується їх дисперсією, тобто розкладанням в спектр. В результаті накладання кольорових променів від окремих точок сонячного диска центральна частина його залишиться білою (а точніше, за рахунок розсіювання весь диск стає червоним) і лише верхній та нижній краї диска стають відповідно синьо-зеленим та помаранчево-червоним. Але оскільки ці смужки дуже тонкі, а наше світило яскраве, побачити їх вдається лише тоді, коли яскрава частина знаходиться за горизонтом. Власне, коли Сонце занурюється за горизонт, останнім променем ми мали б побачити фіолетовий. Однак короткохвильові промені - фіолетові, сині, блакитні - на довгому шляху в атмосфері настільки сильно розсіюються, що не доходять до земної поверхні. Крім того, до променів цієї частоти спектра око людини менш чутливе. Саме тому останній промінь сідаючого Сонця має яскравий смарагдовий колір.

Як ми бачимо, фізика надзвичайно цікава наука, яка присутня в усіх сферах нашого життя. Її розвиток сприяє розширення кругозору людей.Вона пояснює ті явища, які люди раніше вважали магією.