Zjawiska optyczne które występują w naszym otoczeniu

Otoczenie które nas otacza, utworzyło przepiękne góry świata. Przyroda nie poskąpiła nam również wielu innych doznań, które są równie ważne i piękne w naszej zwykłej szarej codzienności. Fascynująca jest na przykład tęcza, lub zachód słońca oglądany na plaży, kogo nie fascynuje burza gdy stoi w korku, albo poranna rosa na trawniku przed domem? Między innymi w górach da się spotęgować swoje doznania upajając się nie tylko przepięknymi krajobrazami, ale również wspaniałymi zjawiskami meteo na ich tle. W ścisłej łączności z chmurami zaobserwować można w naszym otoczeniu przeróżne zjawiska optyczne (fotometeory). Zjawiska te nie posiadają znaczenia praktycznego, ale są w stanie dostarczyć nam pewnych informacji o charakterze chmur, gdzie można je zaobserwować. Są one spowodowane odbiciem, załamaniem, dyfrakcją czy nakładaniem się światła słonecznego albo księżycowego w chmurowych kroplach wody albo kryształkach lodu. Pewne z nich powtarzają się bardzo często, pozostałe pojawiają się bardzo rzadko i trzeba posiadać dużo szczęścia, by je zaobserwować.

1. Zjawisko Brockenu

Zjawisko Brockenu jest zjawiskiem świetlnym które w atmosferze ziemskiej pojawia się rzadko. Tworzy się ono w górach, przy niskim ułożeniu Słońca nad horyzontem, kiedy powiększony do nadnaturalnego kształtu cień osoby obserwującej tworzy się na rozpostartych tuż przed nim, lub poniżej od niego chmurach warstwowych, które zalegają w dolinach (tzw. morze chmur, morze mgieł). Mówiąc prościej, obiekt który znajduje się między Słońcem, a chmurami które spełniają rolę ogromnego ekranu, rzuci cień który wnika bardzo głęboko w chmury. Cień bardzo często otoczony jest kolorową aureolą. Jeśli w "widowisku" weźmie udział wiele osób, to każda z nich zauważy tylko swą aureolę. Nazwa zjawiska bierze się od wzniesienia Brocken (1142 m) w górach Harz (Niemcy), gdzie zauważono je pierwszy raz.

2. Słup światła

W chmurach piętra górnego skonstruowanych z kryształów lodowych, głównie w chmurach warstwowo-pierzastych, tworzą się zjawiska, nazywane zjawiskiem halo. Tak zwane są głównie jasne pierścienie (kręgi) o środkach, które ułożone są centralnie w Słońcu albo Srebrnym globie. Poza pierścieniami, które są głównymi formami zjawisk halo pojawiają się także pionowe słupy świetlne, które przechodzą przez tarczę Słońca albo Srebrnego Globu oraz można je obserwować powyżej albo poniżej tych gwiazd, oraz nie posiadający koloru poziomy krąg przysłoneczny, ułożony na identycznej wysokości kątowej co Słońce. Słup światła pojawia się przy chmurach typu Cirrus oraz Altocumulus. W chłodny, bezwietrzny poranek da się niejednokrotnie zauważyć, jak nad Słońcem w powietrzu igły połyskują w jego promieniach a także słupy świetlne. Słupy świetlne są niejednokrotnie zauważalne czasie bezwietrznej, chłodnej pogody nad latarniami. Tworzenie się tych słupów powiązane jest z odbiciem promieni od ścian które unoszą się w powietrzu kryształów lodu. By dało się to zjawisko zauważyć koniecznie musi w powietrzu być obłok kryształów lodu , gdzie ścianki będą w poziomie. Wówczas promienie będą się od nich odbijać, ale nie zauważymy wtedy słupów. By były one zauważalne, płytki powinny być lekko odchylone od linii horyzontu. Wówczas dojdzie do załamania promieni słonecznych. Oko rzutuje je na sklepienie niebieskie oraz osobie obserwującej będzie się wydawało, iż pod albo nad słońcem tworzą się słupy świetlne. Słupy poziome utworzą się przez odbicie promieni światła od kryształów, które kiedy spadają obracają się na około swej osi pionowej. Słupy jakie tworzą się nad latarniami są spowodowane odbiciem światła od płatków śniegu, kropelek mgły czy cząsteczkach pyłu jaki się unosi się w powietrzu.

3. Iryzacja

Iryzacja, są to tęczowe kolory które pojawiają się niejednokrotnie na powierzchni przezroczystych ciał na skutek nakładania się fal światła (oświetlenia światłem białym, przez co otrzymuje się wygaszenie pewnych, i wzmocnienie innych kolorów). Można je zaobserwować, jako mieniące się, kolorowe plamki na wodzie. Układy kolorów na ogół zielonych oraz różowych, przeważnie o odcieniach pastelowych, można obserwować na chmurach. Kolory te są czasami wymieszane, czasami natomiast są w formie smug prawie równoległych do brzegów chmur. Kolory iryzacji są czasami także błyszczące oraz przypominają barwy masy perłowej. Zjawisko iryzacji chmur w istocie jest takiego pochodzenia co wieńce oraz pojawia się przy chmurach kłębiastych Cirrocumulus, Altocumulus oraz Stratocumulus.

4. Wieniec

Wieniec jest to 1 albo wiele (rzadko więcej aniżeli 3) serii kolorowych pierścieni o stosunkowo niewielkim promieniu, które otaczają od razu tarczę gwiazdy (albo sztucznego źródła światła). W każdej serii pierścień wewnętrzny jest fioletowy albo niebieski, natomiast pierścień zewnętrzny - czerwony. Pomiędzy nimi mogą pojawiać się inne kolory. Najbardziej wewnętrzna seria, posiadająca promień na ogół nie większy aniżeli pięć stopni, nosi nazwę aureoli. Wykazuje ona na ogół wyraźny pierścień zewnętrzny o czerwonym albo kasztanowym kolorze. Wieńce spowodowane są ugięciem światła w pojawiających się przed tarczą Słońca albo srebrnego globu cieniutkich chmurach, skonstruowanych z niewielkich, jednorodnych kropel wody, na ogół są to chmury średnie kłębiaste - Cirrocumulus, Altocumulus albo Stratocumulus.

5. Gloria

Gloria tworzy się na skutek uginania się światła (dyfrakcji fal) na kropelkach H₂0 albo kryształach lodu. Jest zjawiskiem optycznym które polega na pojawianiu się kolorowych pierścieni na około cienia osoby obserwującej. Zauważyć je można na tle chmury albo mgły, przy czym niebieski pierścień posiada mniejszą średnicę niż czerwony. Gloria bardzo zbliżona jest do wieńca, ale tworzy się nie na około Słońca albo srebrnego globu, albo na około punktu, który jest przyłożony po stronie przeciwnej względem tarczy gwiazdy. Zjawisko to pojawia się na chmurach, które położone są na wprost przed osobą obserwującą, lub poniżej od niej, czyli w górach albo przy obserwacjach z samolotu. Na te same chmury pada cień osoby obserwującej i wtedy wydaje się, iż gloria otacza cień jego głowy. Gloria tworzy się na skutek dyfrakcji światła, wcześniej odbitego od kropli chmur, tak iż wraca ono od chmur w takim samym kierunku, w jakim na nie padło.

Uwaga. Jeżeli chmura albo mgła są za blisko osoby obserwującej, jego cień będzie wydawał się nam za duży; jest to nazywane wtedy zjawiskiem Brockenu, niezależnie od tego czy jest otoczony, czy też nie jest otoczony kolorową glorią. Bardzo często pojawia się ona przy chmurach średnich Altocumulus oraz Altostratus.

6. Tęcza

Tęcza jest to jedno z ciekawszych i piękniejszych zjawisk optycznych pojawiających się naszej przyrodzie. Jest to układ koncentrycznych łuków o kolorach od fioletowego do czerwonego, spowodowanych przez światło Słońca albo Srebrnego Globu, padające na zespół kropelek wody w atmosferze (kropelki deszczu, mżawki czy mgły). W tęczy podstawowej kolor fioletowy pojawia się po wewnętrznej stronie, natomiast kolor czerwony po zewnętrznej stronie. W tęczy wtórnej, o wiele mniejszej jasności od tęczy podstawowej, czerwony kolor jest od wewnątrz, natomiast fioletowy na zewnątrz. Zjawisko tworzy się na skutek rozszczepienia się światła białego oraz odbicia go w środku kropelek deszczu. Łuk pierwszy to wynik jednokrotnego, natomiast drugi dwukrotnego odbicia rozszczepionego światła w środku kropelki (dlatego pojawia się odwrócona kolejność kolorów oraz mniejsze natężenie światła). Tęczę można zaobserwować na tle chmur, gdzie pada deszcz, które znajdują się po przeciwnej stronie nieba aniżeli Słońce (zjawisko zaobserwowano także przy świetle Srebrnego Globu). Warunki, przy jakich można obserwować typową tęczę mają na ogół miejsce w przypadku chmur kłębiastych deszczowych. Natężenie światła, szerokość oraz kolor tęczy wahają się w szerokim przedziale w zależności od rozmiarów kropelek. Tęczę można zaobserwować także w bryzgach fal morskich, wodospadów czy fontann. Dlaczego zauważamy jedynie łuk, a nie całą ścianę kolorowych kolorów? Bierze się to z tego, iż wszelkie promienie słoneczne które wpadają do kropelek wody równolegle względem siebie oraz te które wpadają do oka pod pewnym kątem w stosunku do kierunku padania promieni słonecznych, 42 albo 52 stopnie.

7. Halo

Halo jest to jedno z bardziej interesujących zjawisk świetlnych (optycznych) na niebie. Tworzy się ono na skutek załamania światła w chmurze która zawiera kryształy lodu. Pojawia się , jako kolorowy, biały albo w znacznej części biały, świetlisty pierścień, gdzie wewnątrz jest tarcza Słońca albo srebrnego globu. Krąg ten posiada na ogół mało widoczne zabarwienie czerwone od wewnątrz oraz w niektórych przypadkach fioletowe na zewnątrz. Część nieba w środku kręgu jest o wiele 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 pojawiające 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 pojawia się przy chmurach typu Cirrus.

8. Miraż pustynny

Gdy rozważamy zjawisko miraży, koniecznie musimy rozważyć metody załamywania się promienia świetlnego. Albowiem promień cały czas skręca w kierunku gęstszego powietrza, albo środowiska. Gęstsze powietrze, jest to powietrze o dużej temperaturze, cząstki jego przemieszczają się szybko i jest ono gęste. Potoczne określenie tego zjawiska to "fata-morgana" oraz kojarzy się bardzo często z zauważalnym na pustyni jeziorem które otoczone jest palmami. W jaki sposób zachodzi to zjawisko ?Jak już napisaliśmy podstawa to różnica temperatur przy powierzchni naszej planety. W ciągu dnia piasek na pustyni nagrzewa się bardziej aniżeli powietrze i w rezultacie gdy nadejdzie wieczór ogrzewa on najbliższą warstwę powietrza. Tworzy się "warstwowy układ temperatury" przy naszej planecie najcieplej, a kilkanaście metrów powyżej jest już ono o wiele bardziej chłodne. Promień światła jaki przechodzi nad powierzchnią zostaje zagięty w górę, w stronę chłodnego (gęstego) powietrza.

Tak samo tworzy się miraż jaki można zaobserwować na rozgrzanej drodze. Wygląda to jak mokra plamka, gdzie można zauważyć swoje odbicie. Jest to efekt pozornych odbić dalekiego krajobrazu albo nieba.

9. Miraż dolny oraz górny

Miraże dolne można zaobserwować pod horyzontem. Tworzą się one na bardzo gorących, rozgrzanych terenach, między innymi na pustyniach czy stepach. Temperatura naszej planety w tamtym miejscu jest o wiele większa od temperatury najniższej warstwy powietrza.. Miraże dolne mogą być odwrócone albo proste. Przykładem takiego mirażu jest moment, kiedy poruszamy się samochodem w upalny dzień a na drodze daleko wydaje się nam, że widzimy H₂O lub brzeg jeziora. Ale tak naprawdę jest to obraz nieba, który się odbija od najniższych warstw nad drogą w jakiejś odległości od nas. Miraż górny tworzy się powyżej linii horyzontu. Ten typ mirażu można bardzo często zauważyć nad morzem, gdyż temperatura powietrza jest tam o wiele mniejsza niż temperatury morza.

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

10. Zorza polarna

Jest to jedno z piękniejszych zjawisk optycznych jakie zachodzą w naszym otoczeniu. W większej części przypadków zorze polarne posiadają odcień zielonkawy albo niebieskozielony. Pojawiają się w formie wstęg (intensywne) albo plamek (mało intensywne) takich samych do obłoków. Naszą planetę można zwać ogromnym magnesem. Linie pola magnetycznego naszej planety wychodzą z obszaru przylegającego do północnego bieguna, opasują kulę ziemską oraz wchodzą w obszarze południowego bieguna magnetycznego. Cząsteczka naładowana kiedy wpada 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 wpadające w obręb pola magnetycznego naszej planety z wiatru słonecznego (spowodowanego wybuchami na Słońcu) sprawiają że pojawia się jonizacja oraz wzbudzenie atomów oraz cząstek gazów które znajdują się w atmosferze. Zjawisko to ma bardzo często miejsce niedaleko biegunów ziemskich, gdyż tam jest ogromna koncentracja protonów oraz elektronów (w obszarach polarnych indukcja pola magnetycznego jest większa aniżeli w pozostałych).Świecenie zielone oraz czerwone spowoduje że dojdzie do wzbudzenia atomów tlenu, podczerwone oraz fioletowe zjonizowane cząstki azotu. Zorze tworzą się na ogół dzień albo 2 po wybuchach na Słońcu.

11. Zaćmienia naszego naturalnego satelity oraz srebrnego globu

Zaćmienia Słońca, głównie całkowite, jest to jedno z ciekawszych zjawisk jakie da się zaobserwować na naszym niebie. Dojdzie do nich, kiedy srebrny glob przemieszczający się po orbicie na około naszej planety znajdzie się między Słońcem a nasza planetą. W zależności od rozmiarów kątowych i wzajemnego ułożenia tarczy Słońca oraz srebrnego globu w momencie zaćmienia rozróżnia się zaćmienia częściowe, całkowite oraz obrączkowe. Zaćmienia srebrnego globu także są bardzo ciekawymi zjawiskami astronomicznymi. Dojdzie do nich, kiedy nasza planeta będzie znajdowała się między Słońcem a srebrnym globem przesłaniając promienie słoneczne jakie padają na srebrny glob. W zależności od tego jaki element tarczy srebrnego globu będzie znajdował się w cieniu albo półcieniu naszej planety rozróżnia się zaćmienia częściowe, całkowite oraz półcieniowe. Zaćmienia srebrnego globu mogą być o wiele częściej obserwowane niż zaćmienia Słońca, gdyż zauważyć je można z całej nocnej półkuli naszej planety. Będzie ono zauważalne na terenie całego kraju we wczesnych godzinach porannych. Jedynie w na północnym wschodzie kraju zaćmienie będzie zauważalne od początku do końca, natomiast prawie w całym naszym kraju nie będzie dało się obserwować początku zaćmienia, ponieważ pojawi się jeszcze w momencie, kiedy Słońce będzie pod horyzontem. Da to szansę na obserwowanie wschodzącej częściowo zaćmionej tarczy Słońca gołym okiem, bez wykorzystania jakichkolwiek filtrów. Największa faza pojawi się około godzinę po wschodzie Słońca i będzie ona wynosiła 0,8. Zaćmienie skończy się prawie dwie godziny od momentu rozpoczęcia. Obrączkowe zaćmienie Słońca jakie pojawiło się niedaleko granic naszego kraju miało miejsce trzeciego października 2005 roku w Hiszpanii. Ostatnio całkowite zaćmienie Słońca które pojawiało się nie daleko granic naszego kraju widoczne było 29 marca 2006 roku w Turcji. Ostatnie półcieniowe zaćmienie srebrnego globu było widoczne w naszym kraju 20 listopada 2002 r. Największa faza równa było wówczas 0,89. Zaćmienie zaczęło się o godzinie 0:33 czasu zimowego, natomiast skończyło się o 5:01 CSE, maksimum zaćmienia pojawiło się o 2:47 CSE. Warunki widoczności zaćmienia będą korzystne, ponieważ srebrny glob podczas największej fazy będzie wznosił na wysokość prawie czterdzieści stopni nad horyzontem. Niestety, w Polsce jedynie będzie widoczny początek zaćmienia, srebrny glob zajdzie przed momentem wystąpienia fazy całkowitej.

12. Zjawisko cienia oraz półcienia

Światło rozchodzi się po linii prostej, zatem kiedy spotka na swojej drodze przeszkodę o kształtach zbliżonych do długości fali , to z tyłu za nią utworzy się cień. Jeśli źródło światła jest punktowe to pojawi się cień pełny, natomiast jeśli źródło światła będzie posiadało ogromne rozmiary liniowe, to z tyłu przedmiotu pojawią się obszary cienia oraz półcienia.

Występuje dużo przeróżnych zjawisk optycznych oraz wciąż są odkrywa się nowe. Wszelkie te zjawiska są zasługa naszego otoczenia i to dzięki niemu jesteśmy w stanie się cieszyć ich pięknem. Odkrycie tych zjawisk jest bardzo często zaskakujące jak np. widmo Brockenu, które większa część ludzi bardzo często myli z np. objawieniem. Wydaje się mi, iż wszelkie zjawiska optyczne w naszym otoczeniu ubarwiają naszą szarą codzienność.

Przy pisaniu pracy korzystałem z:

Encyklopedia Gutenberga;

Świat wiedzy;

Wiedza i życie;

Jak to się dzieje??- Książka