Przyroda, dzięki której powstały przepiękne góry świata, wyposażyła nas również w wiele innych wrażeń, które nie istotne w naszej szarej codzienności. Co oznacza tęcza, czy zachód słońca ponad budynkami, kto zachwyca się burzą gdy stoi w korku, albo ranną rosą na trawniku przed domem? Między innymi w górach jesteśmy w stanie spotęgować swoje odczucia zachwycając się nie tylko cudownymi krajobrazami, ale również wspaniałymi zjawiskami meteo na ich tle. W stałej łączności z chmurami obserwować można w atmosferze przeróżne zjawiska optyczne (fotometeory). Zjawiska te nie posiadają znaczenia praktycznego, ale są w stanie dostarczyć wielu informacji o cechach chmury. Wywoływane są one na skutek odbicia, załamania, interferencji czy ugięcia światła słonecznego albo księżycowego w chmurowych kroplach wody albo kryształach lodu. Pewna ich część powtarza się dosyć rdzo często, pozostała część jest dużą rzadkością oraz należy mieć ogromne szczęście, by je ujrzeć.

1. Zjawisko Brockenu.

Zjawisko Brockenu jest zjawiskiem świetlnym bardzo rzadko pojawiającym się w atmosferze ziemskiej. Występuje w górach, w momencie gdy Słońce jest nisko nad horyzontem, wówczas gdy zwiększony do ponad naturalnej wielkości cień osoby obserwującej pojawia się na rozpostartych tuz przed nim, lub poniżej od niego chmurach warstwowych, zalegających w dolinach (są to tak zwane morza chmur, lub morza mgieł). Po prostu obiekt, który był umieszczony między Słońcem, oraz spełniającymi rolę ogromnego ekranu chmurami, pada cień który przenika głęboko w chmury. Cień na ogół otoczony jest kolorową aureolą. Jeśli w takim przedstawieniu udział bierze kilkanaście osób, wówczas każda z nich zaobserwuje tylko swoją aureolę. Określenie zjawiska wywodzi się od wzniesienia Brocken (1142 m) w górach Harz (Niemcy). Tam zauważono je pierwszy raz.

2. Słup światła.

W chmurach piętra górnego składających się z kryształów lodowych, przede wszystkim w chmurach warstwowo-pierzastych, tworzą się zjawiska, nazywane zjawiskami halo. Określane są tak jasne pierścienie (kręgi) o środkach, ułożonych centralnie w Słońcu albo Księżycu. Poza pierścieniami, które są głównymi formami zjawisk halo znane są także pionowe słupy świetlne, które przechodzą przez tarczę Słońca albo Księżyca, zaobserwować je można powyżej albo poniżej tych ciał niebieskich, i nie mający koloru poziomy krąg przysłoneczny, ułożony na takiej samej wysokości kątowej co Słońce. Słup światła tworzy się przy chmurach typu Cirrus oraz Altocumulus. W mroźmy, bezwietrzny ranek da się niejednokrotnie zauważyć, jak nad Słońcem w powietrzu igły połyskują w jego promieniach i słupy świetlne. Słupy świetlne są również niejednokrotnie zauważalne w czasie bezwietrznej, mroźnej pogody nad latarniami. Tworzenie się tych słupów powiązane jest z odbiciem promieni od ścian, które unoszą się w powietrzu kryształów lodu. By dało się zobaczyć to zjawisko powinien w powietrzu znajdować się obłok kryształów lodu, których ścianki są w poziomie. Wówczas promienie odbijają się od nich, ale nie będziemy mogli zauważyć słupów. By były one zauważalne, płytki powinny być troszkę odchylone od linii horyzontu. Wówczas nastąpi załamanie promieni słonecznych. Oko zrzutuje je na sklepienie niebieskie, co spowoduje, że osobie obserwującej wydaje się, iż pod albo nad słońcem tworzą się słupy świetlne. Słupy poziome tworzą się przez odbicie promieni światła od kryształów, które w momencie spadania obracają się wokół własnej osi pionowej. Słupy powstające nad latarniami spowodowane są odbiciem światła od płatów śniegu, kropelek mgły albo cząstkach pyłu, który unosi się w powietrzu.

3. Iryzacja.

Iryzacja, są to tęczowe kolory tworzące się niejednokrotnie na powierzchni prześwitujących ciał na skutek interferencji światła (oświetlenia światłem białym, przez co otrzymuje się wygaszenie niektórych, innym razem wzmocnienie innych kolorów). Zauważyć można także je, jako migające się, kolorowe plamy na wodzie. Układy kolorów na ogół zielonych oraz różowych, najczęściej o odcieniach pastelowych, zaobserwować można na chmurach. Kolory te są czasami wymieszane, innym razem natomiast są w formie smug prawie równoległych do brzegów chmur. Kolory iryzacji są najczęściej błyszczące oraz przypominają barwę masy perłowej. Zjawisko iryzacji chmur tak samo jak wieńce powstaje jak również występuje także przy chmurach kłębiastych Cirrocumulus, Altocumulus oraz Stratocumulus.

4. Wieniec.

Wieniec jest to wiele albo tylko jedna (trzy to jest maksimum) seria barw pierścieni o bardzo małym promieniu, otaczających bezpośrednio tarczę ciała niebieskiego (albo sztucznego źródła światła). We wszystkich seriach pierścień środkowy jest koloru fioletowego albo niebieskiego, natomiast pierścień zewnętrzny - koloru czerwonego; pomiędzy nimi mogą być inne kolory. Najbardziej wewnętrzna seria, posiadająca promień nie większy aniżeli 5 stopni i określana jest aureolą, wykazuje na ogół wyraźny pierścień zewnętrzny o czerwonym albo kasztanowym kolorze. Wieńce tworzą się na skutek ugięcia się światła w będących przed tarczą Słońca albo Księżyca cienkich chmurach, skonstruowanych z niewielkich, jednorodnych kropel wody, na ogół są to chmury średnie kłębiaste - Cirrocumulus, Altocumulus oraz Stratocumulus.

5. Gloria.

Gloria tworzy się dzięki dyfrakcji światła (ugięcia fal) na kropelkach wody lub kryształach lodu. Jest zjawiskiem optycznym, które polega na występowaniu kolorowych pierścieni w około cienia osoby obserwującej, który powstaje na tle mgieł albo chmur, przy czym niebieski pierścień osiada małą średnicę niż czerwony. Gloria zbliżona jest do wieńca, ale tworzy się nie dookoła Słońca albo Księżyca, lecz dookoła punktu, który położony jest naprzeciwko tarczy ciała niebieskiego. Zjawisko to tworzy się na chmurach, ułożonych na przeciwko osoby obserwującej, lub poniżej jego, tj. w górach albo przy obserwacjach z samolotu. Na te chmury pada również cień osoby obserwującej, wtedy mamy wrażenie, iż gloria otacza cień jego głowy. Gloria tworzy się na skutek ugięcia się światła, najpierw odbitego od kropel chmur, tak iż wraca ono od chmur w takim samym kierunku, w którym na nie padło.

Uwaga. Jeżeli chmurka albo mgła za blisko osoby obserwującej, mamy wrażenie, że cień o wiele większy, określane jest to wtedy zjawiskiem Brockenu, nie ma różnicy czy jest otoczony, czy też nie jest otoczony kolorową glorią. Często spotyka się przy chmurach średnich Altocumulus oraz Altostratus.

6. Tęcza.

Tęcza jest to jedno z bardziej efektywnych zjawisk optycznych występujących w atmosferze. Jest to układ koncentrycznych łuków o różnych kolorach od fioletowego do czerwonego, wytworzonych przez światło Słońca albo Księżyca, które pada na grupę kropelek wody w atmosferze (kropelki mgły, mżawki albo deszczu). W tęczy podstawowej kolor fioletowy ulokowany jest po wewnętrznej stronie, natomiast kolor czerwony po zewnętrznej stronie. Natomiast w tęczy wtórnej, o jasności mniejszej aniżeli jasność tęczy głównej, czerwony kolor jest od środka, natomiast fioletowy na zewnątrz. Zjawisko tworzy się z powodu rozszczepienia światła białego oraz odbicia go wewnątrz kropelek deszczu. Łuk pierwszy jest to rezultat jednokrotnego, natomiast drugi dwukrotnego odbicia rozszczepionego światła wewnątrz kropelki (stąd się bierze odwrotna kolejność kolorów oraz mniejsze natężenie światła). Tęczę zauważyć możemy na tle chmur, z których pada deszcz. Chmury musza być umieszczone po drugiej stronie nieba aniżeli Słońce (zjawisko zauważano także przy świetle Księżyca). Warunki, kiedy można zaobserwować typową tęczę na ogół mają miejsce gdy mówimy o chmurach kłębiastych deszczowych. Natężenie światła, szerokość oraz kolor tęczy wahają się w długim przedziale, uzależnione jest to od rozmiarów kropli. Tęczę zaobserwować można również w bryzgach fal morskich, wodospadach czy fontannach. Ale właściwie dlaczego zauważamy jedynie łuk, nie natomiast całą ścianę barwnych kolorów? Bierze się to stąd, iż wszelkie promienie słoneczne wlatują do kropelek wody równolegle względem siebie oraz wlatują do oka pod konkretnym kątem w stosunku do kierunku padania promieni słonecznych. Jest to kąt 42 albo 52 stopni.

OPIS ILUSTRACJI NR 1:

Środek tęczy ulokowany jest na przedłużeniu prostej, która łączy Słońce z okiem osoby obserwującej - na linii dosłonecznej. Kąt pomiędzy linią poprowadzoną od oka obserwatora do zewnętrznego punktu podstawy tęczy głównej oraz linii dosłonecznej równy jest 42o. Najczęściej zaobserwować można drugą tęczę - wtórną, współśrodkową względem pierwszej tęczy - głównej, tutaj kąt wynosi 52ostopnie.

OPIS ILUSTRACJI NR 2:

Promień pada na powierzchnię kropelki w punkcie A ulega załamaniu. W punkcie B zachodzi częściowe załamanie i częściowe odbicie promienia. Po odbiciu w punkcie B promień AB trafia do punktu C, gdzie również zachodzi częściowe odbicie i załamanie światła. Załamany promień wychodzi z kropli, natomiast odbity jest w stanie iść dalej do punktu D. Najbardziej intensywnym z promieni wydostających się na zewnątrz jest promień, który wychodzi w punkcie B. Bardzo ciężko jest go natomiast zauważyć, gdyż ginie on na tle jasnego nieba. Jeżeli chodzi o promienie załamane w punkcie C tworzą one tęczę główną, w punkcie D - tęczę wtórną, która jest o wiele mniej intensywna aniżeli główna.

7. Halo.

Halo jest to jedno z bardziej interesujących zjawisk świetlnych (optycznych) na niebie. Tworzy się ono dzięki załamaniu światła w chmurze, która posiada kryształy lodu. Tworzy się, jako kolorowy, biały albo w głównie biały, świetlisty pierścień, w którego wnętrzu ulokowana jest tarcza Słońca albo Księżyca. Krąg ten posiada na ogół mało zauważalne zabarwienie czerwone od wewnątrz oraz w niektórych momentach fioletowe na zewnątrz. Pewien fragment nieba w środku kręgu jest znacznie ciemniejsza aniżeli na zewnątrz. Pierścień o średnicy 22° (tzw. małe halo) tworzy się przez załamanie na powierzchniach kryształów o kącie łamiącym 60° natomiast o średnicy 46° (rzadko tworzące się tzw. duże halo), tworzy się w czasie załamania światła na krawędziach kryształów wzajemnie do siebie prostopadłych (kryształy lodu są graniastosłupami prostymi o podstawie sześciokątnej). Zjawisko halo tworzy się przy chmurach typu Cirrus.

OPIS ILUSTRACJI NR 3:

Kryształy lodu w powietrzu są w stałym ruchu i ulokowane są one nierównomiernie i promienie słoneczne nie zawsze padać będę na nie pod konkretnym kątem ( kąt 60 stopni), dzięki temu, iż po załamaniu wydostaną się pod kątem 22 stopni - kąt odchylenia promienia świetlnego w kryształkach - albo zbliżonym do niego. Promienie te powodują, ze wydaje się nam, iż pochodzą z kilu źródeł produkujących naokoło Słońca albo innego ciała niebieskiego jasny pierścień. Jeśli natomiast światło będzie wydostawać pod innym kątem, wówczas jego natężenie będzie o wiele mniejsze, a co za tym idzie również mało widoczne, wtedy nie będziemy mogli zobaczyć zjawiska halo.

OPIS ILUSRACJI NR 4:

Światło przechodzi przez co drugą ścianę zostaje odchylone w taki sam sposób jak gdyby przechodziło przez lodowy pryzmat.

Halo definiowane jest także jako inne zjawiska optyczne w przyrodzie.

8. Miraż pustynny.

Opisując zjawisko miraży, trzeba przedstawić metody załamywania się promienia świetlnego. Promień na ogół skręca w kierunku gęstszego powietrza, albo środowiska. Gęste powietrze, jest to takie powietrze, gdzie w wysokiej temperaturze, cząstki jego przemieszczają się szybko i jest ono znacznie gęstsze. Potoczne określenie tego zjawiska to "fata-morgana" i kojarzy się ono nam bardzo często z zauważalnym na pustyni jeziorem otoczonym palmami. W jaki sposób zachodzi to zjawisko? Już napisaliśmy, że przede wszystkim główną rolę odgrywa tu różnica temperatur przy powierzchni Ziemi. W ciągu dnia piasek na pustyni nagrzewa się o wiele bardziej aniżeli powietrze w związku z tym gdy przyjdzie ogrzewa on bliską warstwę powietrza. Tworzy się warstwowy układ temperatury - przy Ziemi bardzo ciepły, natomiast kilkanaście metrów wyżej jest już on znacznie chłodniejszy. Promień światła, który przechodzi nad powierzchnią zostaje zgięty w górę, w kierunku zimniejszego ( gęstszego ) powietrza. Patrząc na ilustrację nr5, jesteśmy w stanie zinterpretować zachodzenia tego zjawiska.

OPIS LUSTRACJI NR 5:

Pokazane są promienie, które wychodzą z dwóch odmiennych fragmentów drzewa, dochodzą one do oczu obserwatora. Liniami przerywanymi zaznaczone są pozorne drogi dolnych promieni. Górne promienie od razu dają nam obraz przedmiotu, dolne promienie dają nam natomiast obraz odwrócony i pozorny. To załamanie promieni sprawia, że powstanie nam obrazu zwierciadlany, który może być zniekształcony.

W podobny sposób tworzy się powstaje miraż, który zobaczyć można na nagrzanej ulicy. My mamy wrażenie jakbyśmy widzieli mokrą plamę, w której zauważamy np. własne odbicie. Jest to efekt pozornych odbić oddalonego krajobrazu albo nieba.

9. Miraż dolny oraz górny.

Miraże dolne zauważyć możemy pod horyzontem. Tworzą się one na ogromnie gorących, rozgrzanych terenach, takich jak pustynie czy stepy. Temperatura naszej planty na takim terenie jest o znacznie wyższa od temperatury najniższej warstwy powietrza. Znamy dwa rodzaje miraży dolnych: odwrócone albo proste. Przykładem takiego mirażu jest przedstawiona tutaj sytuacja. Jedziemy jakimś pojazdem w gorący dzień i na ulicy w oddali mamy wrażenie, że zauważamy wodę lub brzeg jeziora. W rzeczywistości jest to obraz nieba odbity od najniższych warstw nad drogą w danej odległości od nas. Miraż górny tworzy się powyżej linii horyzontu. Ten typ mirażu bardzo często zauważyć można nad morzem, gdyż temperatura powietrza jest o wiele niższa od temperatury morza.

Promienie odbite ulegają takiemu zakrzywieniu, że osoba obserwująca całe zjawisko zauważa ich obrazy powyżej linii horyzontu.

10.Zorza polarna.

Jest to najpiękniejsze chyba zjawisko optyczne jakie możemy obserwować w przyrodzie. W dużej części przypadków zorze polarne posiadają odcień zielony albo niebieskozielony. Tworzą się w formie wstęg (intensywne) albo plam (mało intensywne) zbliżonych do obłoków. Nasza planetę możemy określić jako ogromny magnes. Linie pola magnetycznego naszej planety wychodzą z obszaru przylegającego do północnego bieguna, opasują kulę ziemską, następnie wchodzą w obszarze południowego bieguna magnetycznego. Cząsteczka naładowana wchodząc w pole magnetyczne naszej planety przemieszcza się ruchem spiralnym na około linii pola. Zorza polarna tworzy się na zasadzie żarówki jarzeniowej. Tam wzbudzone atomy gazów oddają uzyskaną energię w formie światła. W czasie zjawiska zorzy polarnej protony oraz elektrony wchodzące w obręb pola magnetycznego naszej planety z wiatru słonecznego (spowodowanego ewolucjami na Słońcu) sprawiają jonizację oraz wzbudzenie atomów, cząstek gazów będących w atmosferze. Zjawisko to bardzo często ma miejsce blisko biegunów ziemskich, gdyż tam jest duża koncentracja protonów oraz elektronów (w obszarach polarnych indukcja pola magnetycznego jest duża aniżeli w pozostałych). Świecenie zielone oraz czerwone sprawia, że wzbudzone zostają atomy tlenu, podczerwone oraz fioletowe - zjonizowane cząstki azotu. Zorze tworzą się na ogół w dzień albo po ewolucjach na Słońcu.

11. Zaćmienia Słońca oraz Księżyca.

Zaćmienie Słońca, przede wszystkim całkowite, jest jednym z ciekawszych zjawisk jakie możemy zaobserwować na naszym niebie. Dochodzi do nich, w momencie gdy Księżyc przemieszczający się po orbicie wokół naszej planety jest między Słońcem a Ziemią. W zależności od tego jakie są rozmiary kątowe i wzajemne ułożenie tarczy Słońca oraz Księżyca w czasie zaćmienia rozróżniamy zaćmienia częściowe, całkowite oraz obrączkowe. Zaćmienia Księżyca także są bardzo interesującymi zjawiskami astronomicznymi. Tworzą się one w momencie, gdy nasza planeta będzie między Słońcem a Księżycem przesłaniając promienie słoneczne, które padają na Księżyc. W zależności od tego jaka część tarczy Księżyca będzie się w cieniu albo półcieniu naszej planety rozróżnia się zaćmienia częściowe, całkowite oraz półcieniowe. Zaćmienia Księżyca są częściej obserwowane aniżeli zaćmienia Słońca, gdyż zauważać je można na całej nocnej półkuli naszej planety. Jedno z niedawno zauważalnych zaćmień Słońca w naszym kraju nastąpiło 31 maja 2003 roku. Było widoczne ono na terenie całego kraju we porannych godzinach. Jedynie w na północnym wschodzie kraju zaćmienie będzie zauważane od początku do końca. Natomiast w prawie całym naszym kraju nie będziemy w stanie zaobserwować początku zaćmienia, ponieważ nastąpi ono w momencie, gdy Słońce będzie pod horyzontem. Dzięki temu będziemy mogli obserwować schodnią cześć zaćmionej tarczy Słońca gołym okiem, nie używając żadnych filtrów. Największa faza nastąpi około godzinę po wschodzie Słońca i równać się będzie 0,8. Zaćmienie skończy się w przybliżeniu 2 godziny od jego początku. Najbliższe obrączkowe zaćmienie Słońca blisko granic Polski wystąpi 3 października 2005 roku w Hiszpanii. Niedawno, bo 29 marca 2006 roku w Turcji, mogliśmy podziwiać całkowite zaćmienie Słońca. Ostatnie półcieniowe zaćmienie Księżyca widoczne było w Polsce 20 listopada 2002 roku. Największa faza wynosiła wówczas 0,89. Zaćmienie zaczęło się o godzinie 0:33 czasu zimowego, natomiast skończyło się o 5:01 CSE, maksimum zaćmienia było o 2:47 CSE. Warunki widoczności zaćmienia były dobre, ponieważ Księżyc podczas największej fazy wznosić się będzie na wysokość ponad 40 stopni nad horyzontem. Całkowite zaćmienie Księżyca widoczne było również w Polsce 16 maja 2003 roku. Niestety, w Polsce jedynie początek zaćmienia był widoczny, Księżyc zaszedł przed momentem nastąpienia fazy całkowitej. Całkowite zaćmienie całkowite widoczne w Polsce było także 9 listopada 2003 roku.

12. Zjawisko cienia oraz półcienia.

Wiemy już, że światło rozchodzi się po linii prostej, zatem gdy spotka przeszkodę o rozmiarach zbliżonych z długością fali, wówczas z tyłu za nią utworzy się cień. Jeśli źródło światła jest punktowe to powstanie cień pełny, natomiast jeśli źródło światła będzie posiadało ogromne rozmiary liniowe, wówczas z tyłu przedmiotu powstanie obszar cienia oraz półcienia.

OPIS ILUSTRACJI NR 6: Schemat tworzenia się cienia.

OPIS ILUSTRACJI NR 7: schemat tworzenia się półcienia.

Znanych jest wiele przeróżnych zjawisk optycznych oraz nadal są wykrywane nowe. Wszelkie te zjawiska są dzięki naszej przyrodzie, to ona sprawia, że możemy się zachwycać ich pięknem. Wykrywanie tych zjawisk jest niejednokrotnie szokujące jak np. widmo Brockenu, które duża część z nas bardzo często myli z np. objawieniem. Wydaje mi się, że wszelkie zjawiska optyczne w przyrodzie upiększają nasze szare otoczenie.