Викривлення форми Сонця і Місяця під час сходу і заходу

Міражі

В особливих випадках стану атмосфери в ній утворяться шари, що різко відрізняються за своєю густиною, причому на границі розподілу цих шарів відбувається досить сильна зміна густини, а з нею і показника заломлення. У таких випадках виникають особливого роду численні і різноманітні за формою явища, що одержали назву міражі.

Явище міражу полягає в тому, що ми бачимо не одне зображення якого-небудь віддаленого предмета, як звичайно, а трохи розташовані одне над іншим, причому деякі з цих зображень можуть виявитися переверненими в зворотному напрямку. Такий характер явища свідчить про те, що промені, що йдуть від предмета, проходять в атмосфері різними шляхами й в око від кожної точки предмета може потрапити кілька променів, по напрямках дотичних до яких ми і проектуємо предмет. Відмітимо, що іноді сам предмет, зображення якого ми відмічаємо, може і не знаходитися в полі зору (він схований під обрієм). Це може, мабуть, відбуватися тільки в тих випадках, коли на границі розподілу між шарами відбувається повне відбивання променів, що падають на неї. Таке відбивання може спостерігатися в атмосфері тільки тоді, коли при переході променя із середовища з більшим значенням показника заломлення в середовище з меншим показником кут падіння променя виявляється більшим кута повного внутрішнього відбивання, тобто коли кут падіння променя на границю розподілу більше значення , що задовольняє співвідношенню (9), де відповідно показники заломлення в більш густому і менш густому шарах. Тому що розходження в значеннях показників n₂ і n ₁ невелике, то і значення граничного кута буде дуже мало відрізнятися від 90°; наприклад, навіть при різниці густини, викликаної температурним стрибком на границі розподілу близько 10°С, кут буде більше 89,5°.

Розрізняють нижні міражі, якщо відбите зображення розташовується нижче предмета, і верхні міражі, якщо відбиті зображення знаходяться вище предмета.

Схематично утворення нижнього міражу можна подати в такий спосіб (рис. 3). Нехай у результаті інтенсивного нагрівання сонячними променями земної поверхні біля неї утворився тонкий шар сильно перегрітого повітря, у якому густина, а тим самим і показник заломлення будуть малі і над яким розташовуються шари з більшою густиною. Звичайно, такий стан носить тимчасовий і не стійкий характер і легко може бути порушеним, у зв'язку з чим воно, звичайно, може мати місце тільки при відсутності вітру. У цьому випадку, якщо з точки В розглядати який-небудь предмет ΖΗ, то від будь-якої точки останнього, наприклад від точки Н, у наше око (точка В) можуть прийти два промені, один із яких, злегка викривляючи, проробить весь свій шлях у верхньому холодному і більш густому шарі (промінь ΗВ), а інший, направляючись вниз, відіб'ється в точці А на границі розподілу між шарами і прийде по шляху НАВ. Проектуючи точку Η по напрямку дотичної до цього променя, ми побачимо її зображення в точці Н'. Те ж може відбутися і для інших точок предмета ΖΗ, зображення якого буде видно нижче дійсного і притім у переверненому -вигляді.

Таким предметом, відбите зворотне зображення якого можна спостерігати, часто є ділянка небесного зводу в обрію. Його зображення, сприймане оком, вуалює частина ландшафту у виді блакитнуватої поверхні, сприйманої як водна поверхня, тому, візуючи який-небудь предмет, розташований вдалині, ми бачимо його тоді як би плаваючим на водній поверхні (відбитому зображенні частини неба), що розташовується спереду. Таке явище часто спостерігається в літню пору при затишності в степах, пустелях, над поверхнями асфальтованих доріг і т.п. Своєрідні зміни форми сонячного або місячного дисків, що іноді спостерігаються при їхньому заході, також до деякої міри пояснюються рефракцією.

Верхній міраж утвориться при зворотних умовах, коли (частіше в зимовий час) земна поверхня, а з нею і прилягаючий до неї шар повітря сильно переохолоджуються. Якщо границя переходу від цього охолодженого шару повітря до розташованого вище більш теплим шарам досить різко виражена, то створюються умови, сприятливі для відбивання від неї променів, що йдуть від спостережуваного предмета (рис.4), причому виявляється можливим поява декількох зображень предмета, як прямих, так і зворотних. Це визначається тим, скільки променів потрапить в око і. якими шляхами вони пройдуть в атмосфері.

Іноді, коли Сонце знаходиться низько над обрієм, можна спостерігати дивне його викривленняобрисів. Часто кути видимого сегмента закруглені, іноді здається, що диск складається з двох частин, з'єднаних разом; часом під Сонцем виявляється смужка світла, що піднімається в міру того, як сонячний диск опускається. Буває, що Сонце сідає не за обрій, а на відстані декількох хвилин дуги над ним. Здається, що такі викривлення з'являються частіше ввечері, ніж вранці, і пояснення цьому варто шукати в метеорологічних факторах. У тихі безхмарні дні шари повітря з різною густиною менше перемішуються, так що викривлення в обрисах сонячного диска можна прийняти за ознаку стійкого стану атмосфери і, отже, гарної погоди. Якщо Сонце занадто сліпить очі, то при спостереженні рекомендується тримати перед оком листок срібного або звичайного паперу з маленькою круглою дірочкою, або темне скло

Найцікавіша стадія цього явища настає звичайно лише за 10 хвилин до заходу (або продовжується через 10 хвилин після сходу). Зверніть увагу на різні відтінки кольору сонячного диска — ближче до обрію він темно-червоний, а у верхній частині поступово стає жовтогарячим і жовтим. Можна помітити також, як витягаються іноді великі сонячні плями, що спостерігаються.

Дуже цікаво, хоча і важко, сфотографувати це явище; знімки Сонця, зняті за допомогою звичайного фотоапарата, виявляються занадто маленькими. Задовільні фотографії можна одержати лише за допомогою телескопа, у якого фокусна відстань не менш 75 см і діаметр об'єктива від 3 до 10 см. Знімати потрібно з дуже короткою витримкою — менше 1 секунди, що відкидає необхідність пересувати телескоп за Сонцем.

Оптичні викривлення, описані вище, пояснюються не чим іншим, як звичайним міражем, і тут варто знову підкреслити різницю між верхніми і нижніми міражами.

Оптичні явища пов’язані з наявністю в атмосфері крапель води та крижаних кристалів

При проходженні променів світла через хмари і зони дощу виникають особливі світлові явища, здебільшого всім добре відомі, наприклад веселка, гало, вінці біля світил і т.д. Усі ці явища можуть бути пояснені заломленням, відбиванням і дифракцією світла, що відбуваються на елементах хмари.

Веселка. Веселка являє собою добре відоме явище кольорової веселки, що виникає в зоні дощу і розташовується звичайно на фоні хмар з боку, протилежного сонцю, з центром дуги в антисолярній точці. Радіус веселки складає 42°, але нерідко вдається спостерігати ще другу веселку радіусом близько 52°, розташовану концентрично до першої. У першій веселці зовні розташовується червоний колір, а усередині фіолетовий, у другій веселці розташування кольорів зворотне. Інтенсивність розвитку окремих кольорів у веселці і їх ширини бувають різними і залежать, як показує теорія, від розмірів водяних крапельок, що обумовлюють утворення веселки. Іноді з внутрішньої сторони першої веселки і з зовнішньої сторони другої бувають видні вторинні кольорові дуги, число яких може доходити до шести. Найчастіше в них чергуються зелені і рожеві кольори. У деяких випадках, коли краплі дощу дуже малі, спостерігається біла веселка.

Веселка, що спостерігається при місячному світлі, здебільшого сприймається так само, як біла. Однак у цьому випадку білий колір веселки обумовлений головним чином властивостями сітківки ока (око в сутінках погано розрізняє кольори), а не розмірами дощових крапель.

Явище веселки пояснюється відбиванням і заломленням сонячних променів у водяних краплях. Вже в 1637 р. Декарт дав перше, хоча і не зовсім повне, пояснення явища веселки, що було потім доповнене Ньютоном.

Розглядаючи монохроматичний промінь, що падає на краплю і потім вихідний з неї, можна визначити ту зміну його напрямку, що при цьому відбувається. Дійсно, візьмемо промінь деякої довжини хвилі λ, що падає на краплю під кутом падіння і. Входячи в краплю, він заломиться; позначимо кут заломлення через е. Як неважко бачити на рис.6 при вході в краплю напрямок променя змінюється на кут і — е, при кожному відбиванні усередині краплі промінь повертає на π — 2е і при виході з краплі кут його повороту буде знову і — е. Отже, якщо промінь відіб'ється усередині краплі k раз, то кут D, на який він відхилиться від свого початкового напрямку, може бути виражений у такий спосіб:

D=2(i-e) + k(-2e), (10)

або

(11)

Таким чином, паралельні промені, що падають на краплю, по виходу з неї виявляються розбіжними.

Дата добавления: 2014-01-04