Przyroda, która utworzyła bardzo piękne góry świata postanowiła dostarczy nam także jeszcze kilku innych wrażeń, które są bardzo ważne w otaczającej nas codzienności. Co to jest tęcza, lub zachód słońca nad budynkami, kto zachwyca się burzą gdy stoi w korku, albo ranną rosą na naszym trawniku? Przykładowo w górach dodatkowych wrażeń dostarcza nam przepiękny krajobraz, jak również cudownymi zjawiskami meteo na ich tle. W stałej łączności z chmurami zobaczyć można w atmosferze przeróżne zjawiska optyczne (fotometeory). Zjawiska te posiadają znaczenia praktyczne, dostarczają również dużo informacji o charakterze chmur, gdzie są widzialne. Wywołane są one interferencją, ugięciem, załamaniem, odbiciem światła słonecznego albo księżycowego w chmurowych kroplach wody albo kryształach lodu. Część z nich powtarzają się bardzo często, niektóre można obserwować bardzo rzadko i trzeba mieć wielkie szczęście, by je zaobserwować.

1. Zjawisko Brockenu.

Zjawisko Brockenu jest zjawiskiem świetlnym niezwykle rzadko pojawiającym się w atmosferze ziemskiej. Powstaje ono w górach, przy niskim położeniu Słońca nad horyzontem, gdzie powiększony do większej niż naturalny cień obserwatora pojawi się na rozpostartych wprost przed nim, lub niżej od niego chmurach warstwowych, będących w dolinach (tzw. morze chmur, morze mgieł). Po prostu, obiekt który jest między Słońcem, a chmurami, które pełnią rolę ogromnego ekranu chmurami, rzuca cień, który następnie wnika głęboko w chmury. Cień na ogól otoczony jest barwną aureolą. Jeśli w oglądaniu zjawiska uczestniczy kilka osób, wówczas każda z nich jest w stanie zobaczyć tylko swoją aureolę. Określenie zjawiska wywodzi się od wzniesienia Brocken (1142 m) w górach Harz (Niemcy), gdzie zobaczono je po raz pierwszy.

2. Słup światła.

W chmurach piętra górnego skonstruowanych z kryształów lodowych, głównie w chmurach warstwowo-pierzastych, tworzy się zjawisko nazywane zjawiskiem halo. Określane w ten sposób są zwłaszcza wszelkie jasne pierścienie (kręgi) o środkach, które położone są centralnie w Słońcu albo Księżycu. Obok pierścieni, które są głównymi formami zjawisk halo powstają także pionowe słupy świetlne, które przechodzą przez tarczę Słońca albo Księżyca. Zobaczyć je można powyżej oraz poniżej tych ciał niebieskich. Powstaje także bezbarwny poziomy krąg przysłoneczny, który umiejscowiony jest na takiej samej wysokości kątowej co Słońce. Słup światła można zaobserwować przy chmurach typu Cirrus oraz Altocumulus. W mroźmy ranek, gdy nie wieje wiatr zdarza się zaobserwować, jak nad Słońcem widać w powietrzu igły połyskujące w jego promieniach a także słupy świetlne. Słupy świetlne są również niejednokrotnie zauważalne w czasie mroźnej pogody nad latarniami, tylko nie może wtedy wiać wiatr. To, że te słupy się pojawią jest powiązane z odbiciem promieni od ścian poruszających się w powietrzu kryształów lodu. By udało się nam zobaczyć to zjawisko koniecznie w powietrzu muszą być obłoki kryształów lodu, których ścianki są w poziomie. Wówczas promienie odbijają się od nich, ale nie zauważymy wtedy słupów. By były one zauważalne, płytki powinny być leciutko odchylone od linii horyzontu. Wówczas nastąpi załamanie promieni słonecznych. Nasze oko rzutuje je na sklepienie niebieskie i dlatego nam obserwatorom wydaje się, iż pod albo nad słońcem tworzą się słupy świetlne. Słupy poziome powstają przez odbicie promieni światła od kryształów, które w momencie spadania obracają się wokół własnej osi pionowej. Słupy, które powstają nad latarniami wywołane są odbiciem światła od cząsteczek pyłu znajdującego się w powietrzu, kropel mgły czy płatków śniegu.

3. Iryzacja.

Iryzacja są to tęczowe kolory tworzące się niejednokrotnie na powierzchni prześwitujących ciał na skutek interferencji światła (oświetlenia światłem białym), dzięki czemu powstaje wygaszenie pewnych, lub wzmocnienie innych kolorów. Zaobserwować je można, jako mieniące się, tęczowe plamy kolorowe na wodzie. Układy kolorów na ogół zielonych oraz różowych, najczęściej o odcieniach pastelowych, możemy zaobserwować na chmurach. Kolory te są czasami wymieszane, czasami są w formie smug prawie równoległych do brzegów chmur. Kolory iryzacji są na ogół błyszczące oraz przybierają barwę masy perłowej. Zjawisko iryzacji chmur jest takiego samego pochodzenia co wieńce, można je zobaczyć przy chmurach kłębiastych Altocumulus, Stratocumulus oraz Cirrocumulus.

4. Wieniec.

Wieniec jest to jedna albo kilka (nie więcej niż trzy) serii kolorów pierścieni o bardzo niewielkim promieniu, otaczających bezpośrednio tarczę ciała niebieskiego (albo sztucznego źródła światła). W wszystkich seriach pierścień wewnętrzny ma kolor fioletowy albo niebieski, natomiast pierścień zewnętrzny - czerwony; pomiędzy nimi znajdują się również inne kolory. Najbardziej wewnętrzna seria, która posiada promień nie większy niż 5 stopni określana jest jako aureola, ma ona na ogół wyraźny pierścień zewnętrzny o kasztanowym albo czerwonawym kolorze. Wieńce powstają na skutek ugięcia światła w będących przed tarczą Słońca albo Księżyca niewielkich chmurach, skonstruowanych z małych, jednorodnych kropel wody, na ogół są to chmury średnie kłębiaste - Stratocumulus, Cirrocumulus czy Altocumulus.

5. Gloria.

Gloria tworzy się dzięki dyfrakcji światła (ugięcia fal) na kropelkach wody albo kryształach lodu. Jest zjawiskiem optycznym, które polega na występowaniu kolorowych pierścieni dookoła cienia obserwatora widzialnego na tle chmur albo mgły. Istotne jest to, że niebieski pierścień ma znacznie mniejszą średnicę od czerwonego. Gloria zbliżona jest do wieńca, ale tworzy się nie dookoła Słońca czy Księżyca, ale dookoła punktu, umiejscowionego po przeciwnej stronie względem tarczy ciała niebieskiego. Zjawisko to zauważyć można na chmurach, które umiejscowione są na przeciwko obserwatora, lub niżej od niego, np. w górach albo przy obserwacjach z samolotu. Na te chmury pada cień osoby obserwującej i wtedy zdaje mu się, iż gloria otacza cień jego głowy. Gloria tworzy się na skutek ugięcia się światła, wcześniej odbitego od kropli chmur, tak że wraca ono od chmur w takim samym kierunku, w jakim na nie padało.

Uwaga! Jeżeli chmura albo mgła są za blisko osoby obserwującej, jego cień będzie spostrzegany jako bardzo duży; to zjawisko zostało nazwane zjawiskiem Brockenu. Nie zależy to od tego czy jest on otoczony, czy nie jest otoczony kolorową glorią. Często tworzy się przy chmurach średnich Altocumulus oraz Altostratus.

6. Tęcza.

Tęcza jest zjawiskiem optycznym najbardziej chyba efektywnym w atmosferze. Jest to układ koncentrycznych łuków o kolorach od fioletu do czerwieni, spowodowanych przez światło Słońca albo Księżyca, padających na układ kropli wody w atmosferze (mgły, mżawki lub krople deszczu). W tęczy głównej kolor fioletowy pojawia się po wewnętrznej stronie, natomiast kolor czerwony po zewnętrznej stronie. Natomiast w tęczy wtórnej, o znacznie mniejszej jasności w porównaniu z tęcza główną, czerwony kolor jest od wewnątrz, natomiast fioletowy na zewnątrz. Zjawisko tworzy się dzięki rozszczepienia światła białego oraz odbicia go wewnątrz kropli deszczu. Łuk pierwszy powstaje na skutek jednokrotnego, natomiast drugi dwukrotnego odbicia rozszczepionego światła wewnątrz kropelek (stąd się bierze odwrotna kolej kolorów oraz mniejsze natężenie światła). Tęczę zobaczyć można na tle chmur, z których pada deszcz, ulokowanych się po przeciwnej stronie nieba aniżeli Słońce (zjawisko zaobserwowano także przy świetle Księżyca). Warunki, przy których jesteśmy w stanie zaobserwować tęczę mają na ogół miejsce w przypadku chmur kłębiastych deszczowych. Natężenie światła, kolor oraz szerokość tęczy znajduje się w szerokim przedziale w zależności od rozmiarów kropel. Tęczę zaobserwować można także w bryzgach fontann, wodospadów czy fal morskich. Zastanówmy się teraz dlaczego zauważamy tylko łuk, a nie całą ścianę kolorowych barw? Spowodowane jest to tym, iż wszelkie promienie słoneczne wpadają do kropel wody równolegle względem siebie oraz wpadają do naszego oka pod konkretnym kątem w stosunku do kierunku padania promieni słonecznych. Jest to kąt 42 albo 52 stopnie.

7. Halo.

Halo jest bardzo interesującym zjawiskiem świetlnym (optycznym) występującym na niebie. Zjawisko to tworzy się dzięki załamaniu światła w chmurze, która posiada kryształy lodu. Zobaczyć je można, jako barwny, biały albo w znacznej części biały, świetlisty pierścień, gdzie w środku umieszczona jest tarcza Słońca albo Księżyca. Krąg ten ma na ogół mało widoczne zabarwienie czerwone od wewnątrz oraz w niektórych ewentualnościach fioletowe na zewnątrz. Pewien fragment nieba wewnątrz kręgu jest znacznie ciemniejsza aniżeli na zewnątrz. Pierścień o średnicy 22° (tzw. małe halo) tworzy się na skutek załamania na powierzchniach kryształów o kącie łamiącym 60°. Jeżeli chodzi o pierścień o średnicy 46° (rzadziej występujący 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 można zaobserwować przy chmurach typu Cirrus.

8. Miraż pustynny.

Opisując zjawisko miraży, trzeba rozważyć metody załamania się promieni świetlnych. Ponieważ promień na ogół skręca w kierunku gęstszego powietrza, albo środowiska. Gęstsze powietrze, jest to powietrze o wysokiej temperaturze, cząstki jego przemieszczają się szybko a poza tym jest ono gęstsze. Stosowane powszechnie określenie tego zjawiska jest "fata-morgana", która kojarzy się nam na ogół z jeziorem na pustyni, które otoczone jest palmami. W jaki sposób tworzy się to zjawisko? Tak jak wcześniej napisaliśmy, podstawą jest różnica temperatur przy powierzchni Ziemi. W ciągu dnia piasek na pustyni nagrzewa się znacznie bardziej aniżeli powietrze, co powoduje, że gdy nadejdzie wieczór ogrzeje on znajdującą się najbliżej warstwę powietrza. Tworzy się warstwowy układ temperatury, przy Ziemi jest najcieplej, natomiast kilkanaście metrów powyżej jest znacznie chłodniej. Promień światła, który przechodzi nad powierzchnią zostaje zagięty w górę, w kierunku chłodniejszego ( gęstszego ) powietrza.

W podobny sposób tworzy się miraż, który można zaobserwować na ogrzanej drodze. Przypomina to mokrą plamę, w której zauważamy, np. nasze odbicie. Jest to tak zwany efekt pozornych odbić dalekiego krajobrazu albo nieba.

9. Miraż górny oraz dolny.

Miraże dolne można zaobserwować pod horyzontem. Tworzą się one na ogromnie gorących, rozgrzanych obszarach, takich jak, np. stepy czy pustynie. Temperatura Ziemi w tych obszarach jest o znacznie wyższa od temperatury najniższej warstwy powietrza. Miraże dolne wyróżniamy odwrócone albo proste. Podajmy przykład z życia codziennego. Poruszamy się autobusem w upalny dzień, na ulicy w oddali wydaje się nam, iż zauważamy wodę lub brzeg jeziora. W rzeczywistości jest to obraz nieba odbity od najniższych warstw nad ulicą w konkretnej odległości od nas. Miraż górny tworzy się powyżej linii horyzontu. Ten typ mirażu bardo często zobaczyć można nad morzem, gdyż temperatura powietrza jest tam o wiele mniejsza niż temperatura morza.

Promienie odbite ulęgają takiemu zakrzywieniu, iż osoba obserwująca zauważa ich obrazy powyżej linii horyzontu.

10.Zorza polarna.

Zjawisko to jest jednym z najpiękniejszych optycznych zjawisk, jakie tworzą się w przyrodzie. W dużej części przypadków zorze polarne posiadają odcień zielony albo niebieskozielony. Są one w formie wstęg (intensywne) albo plam (mniej intensywne) zbliżonych do obłoków. Nasza planetę możemy określić jako wielki magnes. Linie pola magnetycznego naszej planety wychodzą z obszaru przylegającego do północnego bieguna, otaczają kulę ziemską i następnie wchodzą w obszarze południowego bieguna magnetycznego. Cząsteczka naładowana wpadając w pole magnetyczne kuli ziemskiej porusza się ruchem spiralnym wokół linii pola. Zorza polarna tworzy się na zasadzie żarówki jarzeniowej. Wzbudzone atomy gazów zwracają uzyskaną energię w formie światła. W czasie zjawiska zorzy polarnej protony oraz elektrony, które wpadają w obręb pola magnetycznego naszej planety z wiatru słonecznego (spowodowanego wybuchami na Słońcu) sprawiają jonizację jak również wzbudzenie atomów oraz cząstek gazów będących się w atmosferze. Zjawisko to bardzo często można zaobserwować w pobliżu biegunów ziemskich, gdyż tam jest znaczna koncentracja protonów oraz elektronów (w obszarach polarnych indukcja pola magnetycznego jest duża aniżeli w pozostałych). Świecenie zielone oraz czerwone sprawiają wzbudzone atomy tlenu, natomiast podczerwone oraz fioletowe zjonizowane cząstki azotu. Zorze tworzą się na ogół w ciągu dnia albo po wybuchach na Słońcu.

11. Zaćmienia Księżyca oraz Słońca.

Zaćmienia Słońca, głównie jeśli chodzi o całkowite, są bardzo interesującymi zjawiskami jakie jesteśmy w stanie zaobserwować na naszym niebie. Zachodzą one wtedy, gdy Księżyc poruszający się po orbicie dookoła Ziemi umiejscowi się pomiędzy Słońcem a Ziemią. W zależności od rozmiarów kątowych i wzajemnego ułożenia tarczy Słońca oraz Księżyca w przypadku zaćmienia rozróżnia się zaćmienia obrączkowe, całkowite lub częściowe. Zaćmienia Księżyca także są bardzo interesującymi zjawiskami astronomicznymi. Tworzą się one, gdy Ziemia ulokuje się pomiędzy Słońcem a Księżycem przesłaniając promienie słoneczne, które padają na Księżyc. W zależności od tego jaka część tarczy Księżyca będzie w cieniu albo półcieniu Ziemi rozróżniamy zaćmienia półcieniowe, całkowite lub częściowe. Zaćmienia Księżyca są znacznie częstsze do zaobserwowania niż zaćmienia Słońca, gdyż widać je z całej nocnej półkuli Ziemi. Zobaczyć je będzie można w całym kraju we wczesnych godzinach porannych. Jedynie na północnym wschodzie kraju zaćmienie zauważalne będzie od samego początku do końca. W całej Polsce prawie nie będziemy w stanie zaobserwować tego zjawiska od początku, ponieważ nastąpi ono podczas, gdy Słońce będzie znajdowało się pod horyzontem. Dzięki temu będziemy mieli możliwość zaobserwować wchodzącą częściowo zaćmioną tarczę Słońca gołym okiem, bez stosowania odpowiednich filtrów. Największa faza nastąpi około godzinę po wschodzie Słońca i równa będzie 0,8. Zaćmienie skończy się gdzieś 2 godziny od rozpoczęcia. Obrączkowe zaćmienia Słońca blisko granic Polski wystąpiły 3 października 2005 roku w Hiszpanii. Niedawno mogliśmy obserwować również całkowite zaćmienie Słońca, które widoczne było 29 marca 2006 roku w Turcji. Ostatnie półcieniowe zaćmienie Księżyca do obserwowania było w Polsce 20 listopada 2002 roku. Największa faza równała się 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 będą doskonałe, w momencie gdy Księżyc podczas największej fazy wznosił się będzie na wysokość rzędu 40 stopni nad horyzontem. U nas w Polsce, niestety widoczny jest jedynie początek zaćmienia, Księżyc zajdzie przed wystąpieniem fazy całkowitej.

12. Zjawisko cienia oraz półcienia.

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

Jest jeszcze mnóstwo różnorodnych zjawisk optycznych, ciągle odkrywane są także nowe. Wszelkie te zjawiska powstają dzięki naszej przyrodzie, także dzięki niej jesteśmy w stanie cieszyć się ich pięknem. Wykrywanie tych zjawisk jest czasami zaskakujące tak jak to było, np. z widmem Brockenu'a, które znaczna część ludzi myli z np. objawieniem. Zjawiska występujące w przyrodzie powodują, że nie jest ona już taka szara. Wnoszą do niej różnego rodzaju kolory, powodując, że staje się ona piękniejsza.

Literatura:

  1. Czasopismo Świat wiedzy
  2. Encyklopedia Gutenberga
  3. Publikacja książkowa "Jak to się dzieje?"
  4. Wiedza i życie