Die 6. Klasse befasst sich in der Schule mit dem Thema „Optische Phänomene in der Atmosphäre“. Es ist jedoch nicht nur für den neugierigen Verstand eines Kindes interessant. Optische Phänomene in der Atmosphäre kombinieren einerseits den Regenbogen, die Veränderung der Farbe des Himmels bei Sonnenauf- und -untergängen, die von jedem mehr als einmal gesehen wird. Auf der anderen Seite gehören mysteriöse Luftspiegelungen, falsche Monde und Sonnen, beeindruckende Lichthöfe, die in der Vergangenheit die Menschen erschreckten. Der Entstehungsmechanismus einiger von ihnen ist bis heute ungeklärt, jedoch ist das allgemeine Prinzip, nach dem optische Phänomene in der Natur „leben“, von der modernen Physik gut untersucht worden.
Lufthülle
Die Erdatmosphäre ist eine Hülle, die aus einem Gasgemisch besteht und sich etwa 100 km über dem Meeresspiegel erstreckt. Die Dichte der Luftschicht ändert sich mit der Entfernung von der Erde: ihren höchsten Wert hat sie an der Oberfläche des Planeten, sie nimmt mit der Höhe ab. Die Atmosphäre kann nicht als statisches Gebilde bezeichnet werden. Schichten der Gashülleständig in Bewegung und Vermischung. Ihre Eigenschaften ändern sich: Temperatur, Dichte, Bewegungsgeschwindigkeit, Transparenz. All diese Nuancen beeinflussen die Sonnenstrahlen, die auf die Oberfläche des Planeten strömen.
Optisches System
Die in der Atmosphäre ablaufenden Prozesse sowie ihre Zusammensetzung tragen zur Absorption, Brechung und Reflexion von Lichtstrahlen bei. Einige von ihnen erreichen das Ziel - die Erdoberfläche, die anderen werden zerstreut oder zurück ins Weltall gelenkt. Als Ergebnis der Krümmung und Reflexion des Lichts, des Zerfalls eines Teils der Strahlen in ein Spektrum usw. entstehen in der Atmosphäre verschiedene optische Phänomene.
Atmosphärische Optik
Zu der Zeit, als die Wissenschaft noch in den Kinderschuhen steckte, erklärten die Menschen optische Phänomene auf der Grundlage der vorherrschenden Vorstellungen über den Aufbau des Universums. Der Regenbogen verband die menschliche Welt mit der göttlichen, das Erscheinen zweier falscher Sonnen am Himmel zeugte von den nahenden Katastrophen. Heute haben die meisten Phänomene, die unsere fernen Vorfahren erschreckten, eine wissenschaftliche Erklärung erh alten. Die atmosphärische Optik beschäftigt sich mit der Erforschung solcher Phänomene. Diese Wissenschaft beschreibt optische Phänomene in der Atmosphäre basierend auf den Gesetzen der Physik. Sie kann erklären, warum der Himmel tagsüber blau ist, sich aber bei Sonnenunter- und -aufgang verfärbt, wie ein Regenbogen entsteht und wo Luftspiegelungen entstehen. Zahlreiche Studien und Experimente ermöglichen es heute, solche optischen Phänomene in der Natur wie das Erscheinen von leuchtenden Kreuzen, Fata Morgana, Regenbogenhalos zu verstehen.
Blauer Himmel
Farbe des Himmelsso vertraut, dass wir selten darüber nachdenken, warum es so ist. Trotzdem kennen die Physiker die Antwort gut. Newton bewies, dass ein Lichtstrahl unter bestimmten Bedingungen in ein Spektrum zerlegt werden kann. Beim Durchgang durch die Atmosphäre wird der der blauen Farbe entsprechende Teil besser gestreut. Der rote Bereich der sichtbaren Strahlung ist langwelliger und dem violetten im Streugrad um den Faktor 16 unterlegen.
Gleichzeitig sehen wir den Himmel nicht lila, sondern blau. Der Grund dafür liegt in den Besonderheiten der Struktur der Netzhaut und dem Verhältnis von Teilen des Spektrums im Sonnenlicht. Unsere Augen reagieren empfindlicher auf Blau und der violette Teil des Sonnenspektrums ist weniger intensiv als blau.
Scharlachroter Sonnenuntergang
Als die Menschen herausfanden, was die Atmosphäre ist, waren optische Phänomene für sie kein Beweis mehr oder ein Omen für schreckliche Ereignisse. Der wissenschaftliche Ansatz beeinträchtigt jedoch nicht den ästhetischen Genuss von farbenfrohen Sonnenuntergängen und sanften Sonnenaufgängen. Helle Rot- und Orangetöne, zusammen mit Rosa und Blau, weichen nach und nach der Dunkelheit der Nacht oder dem Morgenlicht. Es ist unmöglich, zwei identische Sonnenaufgänge oder Sonnenuntergänge zu beobachten. Und der Grund dafür liegt in der gleichen Mobilität atmosphärischer Schichten und wechselnden Wetterbedingungen.
Bei Sonnenuntergängen und -aufgängen legen die Sonnenstrahlen einen längeren Weg zur Oberfläche zurück als tagsüber. Als Ergebnis gehen diffuses Violett, Blau und Grün zu den Seiten, und direktes Licht wird rot und orange. Wolken, Staub oder Eispartikel tragen zum Bild des Sonnenuntergangs und der Morgendämmerung bei,in der Luft schweben. Das Licht wird beim Durchgang durch sie gebrochen und färbt den Himmel in einer Vielzahl von Schattierungen. Auf dem der Sonne gegenüberliegenden Teil des Horizonts kann man oft den sogenannten Venusgürtel beobachten – einen rosafarbenen Streifen, der den dunklen Nachthimmel vom blauen Taghimmel trennt. Das schöne optische Phänomen, benannt nach der römischen Liebesgöttin, ist vor Sonnenaufgang und nach Sonnenuntergang sichtbar.
Regenbogenbrücke
Vielleicht beschwören keine anderen Lichtphänomene in der Atmosphäre so viele mythologische Handlungen und märchenhafte Bilder herauf wie jene, die mit dem Regenbogen in Verbindung gebracht werden. Der Bogen oder Kreis, bestehend aus sieben Farben, ist jedem seit seiner Kindheit bekannt. Ein wunderschönes atmosphärisches Phänomen, das bei Regen auftritt, wenn die Sonnenstrahlen durch die Tropfen dringen, fasziniert sogar diejenigen, die seine Natur gründlich studiert haben.
Und die Physik des Regenbogens ist heute für niemanden ein Geheimnis. Sonnenlicht, gebrochen durch Regentropfen oder Nebel, sp altet sich. Als Ergebnis sieht der Betrachter sieben Farben des Spektrums, von Rot bis Violett. Es ist unmöglich, die Grenzen zwischen ihnen zu definieren. Farben gehen durch mehrere Schattierungen fließend ineinander über.
Beim Beobachten eines Regenbogens steht die Sonne immer hinter der Person. Das Zentrum von Iridas Lächeln (wie die alten Griechen den Regenbogen nannten) liegt auf einer Linie, die durch den Betrachter und das Tageslicht verläuft. Ein Regenbogen erscheint normalerweise als Halbkreis. Seine Größe und Form hängen vom Stand der Sonne und dem Punkt ab, an dem sich der Beobachter befindet. Je höher die Leuchte über dem Horizont steht, desto niedriger fällt der Kreis möglicher Erscheinungen. Regenbögen. Wenn die Sonne 42º über dem Horizont vorbeigeht, kann ein Beobachter auf der Erdoberfläche den Regenbogen nicht sehen. Je höher sich jemand über dem Meeresspiegel befindet, der das Lächeln von Irida bewundern möchte, desto wahrscheinlicher sieht er keinen Bogen, sondern einen Kreis.
Doppelter, schmaler und breiter Regenbogen
Oft sieht man neben dem Hauptregenbogen auch den sogenannten Nebenregenbogen. Wenn der erste durch eine einfache Lichtreflexion entsteht, ist der zweite das Ergebnis einer doppelten Reflexion. Darüber hinaus zeichnet sich der Hauptregenbogen durch eine bestimmte Farbreihenfolge aus: Rot befindet sich außen und Lila innen, was näher an der Erdoberfläche liegt. Die Seite "Brücke" ist das Spektrum in umgekehrter Reihenfolge: Violett ist oben. Dies geschieht, weil die Strahlen eines Regentropfens von einer Doppelreflexion in unterschiedlichen Winkeln reflektiert werden.
Regenbögen variieren in Farbintensität und Breite. Die hellsten und eher schmalen erscheinen nach einem Sommergewitter. Große Tropfen, die für einen solchen Regen charakteristisch sind, lassen einen gut sichtbaren Regenbogen mit unterschiedlichen Farben entstehen. Kleine Tröpfchen ergeben einen verschwommenen und weniger wahrnehmbaren Regenbogen.
Optische Phänomene in der Atmosphäre: Polarlichter
Eines der schönsten atmosphärischen optischen Phänomene ist die Aurora. Es ist charakteristisch für alle Planeten mit einer Magnetosphäre. Auf der Erde werden Polarlichter in hohen Breiten in beiden Hemisphären in den umgebenden Zonen beobachtetMagnetpole des Planeten. Meistens können Sie ein grünliches oder blaugrünes Leuchten sehen, das manchmal durch rote und rosa Blitze an den Rändern ergänzt wird. Das intensive Polarlicht hat die Form von Bändern oder Stofff alten, die sich beim Ausbleichen in Flecken verwandeln. Am unteren Rand heben sich mehrere hundert Kilometer hohe Streifen gut vom dunklen Himmel ab. Die obere Grenze des Polarlichts geht am Himmel verloren.
Diese schönen optischen Phänomene in der Atmosphäre bewahren immer noch ihre Geheimnisse vor den Menschen: Der Mechanismus des Auftretens bestimmter Arten von Lumineszenz, die Ursache des Knisterns bei scharfen Blitzen, wurde nicht vollständig untersucht. Das allgemeine Bild der Entstehung von Polarlichtern ist jedoch heute bekannt. Der Himmel über dem Nord- und Südpol ist mit einem grünlich-rosa Schimmer geschmückt, wenn geladene Teilchen des Sonnenwinds mit Atomen in der oberen Erdatmosphäre kollidieren. Letztere erh alten durch die Wechselwirkung zusätzliche Energie und geben diese in Form von Licht ab.
Halo
Die Sonne und der Mond erscheinen oft vor uns, umgeben von einem Schein, der einem Heiligenschein ähnelt. Dieser Halo ist ein gut sichtbarer Ring um die Lichtquelle. In der Atmosphäre entsteht es meistens durch die kleinsten Eispartikel, die Zirruswolken hoch über der Erde bilden. Je nach Form und Größe der Kristalle ändern sich die Eigenschaften des Phänomens. Oft nimmt der Halo durch die Zerlegung des Lichtstrahls in ein Spektrum die Form eines Regenbogenkreises an.
Eine interessante Variante des Phänomens wird Parhelion genannt. Als Folge der Lichtbrechung in Eiskristallen aufAuf Höhe der Sonne bilden sich zwei helle Flecken, die einem Tageslicht ähneln. In historischen Chroniken findet man Beschreibungen dieses Phänomens. In der Vergangenheit g alt es oft als Vorbote schrecklicher Ereignisse.
Mirage
Luftspiegelungen sind auch optische Phänomene in der Atmosphäre. Sie entstehen durch Lichtbrechung an der Grenze zwischen Luftschichten, die sich in ihrer Dichte stark unterscheiden. Die Literatur beschreibt viele Fälle, in denen ein Reisender in der Wüste Oasen oder sogar Städte und Burgen sah, die nicht in der Nähe sein konnten. Meistens sind dies "untere" Luftspiegelungen. Sie entstehen über einer ebenen Fläche (Wüste, Asph alt) und stellen ein Spiegelbild des Himmels dar, der dem Betrachter wie ein Gewässer erscheint.
Die sogenannten überlegenen Luftspiegelungen sind seltener. Sie bilden sich über k alten Oberflächen. Überlegene Luftspiegelungen sind gerade und umgekehrt, manchmal kombinieren sie beide Positionen. Die berühmteste Vertreterin dieser optischen Phänomene ist Fata Morgana. Dies ist eine komplexe Fata Morgana, die mehrere Arten von Reflexionen gleichzeitig kombiniert. Reale Objekte erscheinen vor dem Betrachter, immer wieder gespiegelt und gemischt.
Atmosphärische Elektrizität
Elektrische und optische Phänomene in der Atmosphäre werden oft gemeinsam erwähnt, obwohl die Ursachen ihres Auftretens unterschiedlich sind. Die Polarisierung von Wolken und die Entstehung von Blitzen sind mit Prozessen in der Troposphäre und Ionosphäre verbunden. Riesenfunkenentladungen entstehen normalerweise während eines Gewitters. Blitze treten in Wolken auf und können den Boden treffen. Sie sind lebensgefährlichMenschen, und das ist einer der Gründe für das wissenschaftliche Interesse an solchen Phänomenen. Einige Eigenschaften von Blitzen sind Forschern immer noch ein Rätsel. Heute ist die Ursache von Kugelblitzen unbekannt. Wie bei einigen Aspekten der Aurora- und Luftspiegelungstheorie faszinieren elektrische Phänomene Wissenschaftler weiterhin.
Optische Phänomene in der Atmosphäre, im Artikel kurz beschrieben, werden für Physiker von Tag zu Tag verständlicher. Gleichzeitig überraschen sie die Menschen wie ein Blitz immer wieder mit ihrer Schönheit, ihrem Geheimnis und manchmal ihrer Grandiosität.
