Transcript Обикновено сме свикнали да считаме, че светлината се разпространява в атмосферата по права линия. В действителност това не е така. • Пътят на светлинния лъч би бил праволинеен,

Обикновено сме
свикнали да считаме, че
светлината се
разпространява в
атмосферата по права
линия. В действителност
това не е така.
• Пътят на светлинния лъч би бил
праволинеен, ако плътността на
въздуха беше една и съща от
земната повърхност до горната
граница на атмосферата. Но, както
е известно, атмосферата около
Земята се състои от въздушни
пластове с различна плътност,
която с увеличаване на височината
постепенно намалява.
• При това на 2-3 хиляди
километра височина
атмосферата постепенно
преминава в
междупланетното
пространство.
Схематично можем да си
представим атмосферата
като съставена от
концентрични слоеве с
постоянна плътност, като
всеки по-долен слой има
по-голяма плътност от
лежащия над него.
• Лъч, който идва от Слънцето
или звездите, навлизайки в
атмосферата, ще преминава от
слой с по-малка плътност към
слой с по-голяма плътност.
Тогава на границата между два
слоя той ще се пречупва, като
се приближава към
перпендикуляра в точката на
падането си.
• Пречупването е толкова поголямо, колкото разликата в
плътностите на двата слоя е поголяма и лъчът пада понаклонено към граничната
повърхност.
• Това изкривяване на лъча се
нарича РЕФРАКЦИЯ.
 Ако си представим слоевете, на които
разделихме мислено атмосферата,
безкрайно тънки и безкрайно много, пътят на
лъча ще бъде непрекъсната крива, обърната
с вдлъбнатата си страна към Земята. Ако сме
в точка А на земната повърхност (фиг. 1), ще
видим Слънцето или друго небесно светило,
от което идва лъчът, не в неговата истинска
посока АS, а по посока на допирателната в
точка А към истинския път на лъча. С други
думи, ще видим небесното светило повисоко, отколкото е в действителност.
 Разликата между
истинското и видимото
положение ще бъде
най-голяма при изгрев и
залез, когато то е близо
до хоризонта. Когато е в
зенита отклонение
няма, защото лъчите
падат перпендикулярно
на границите между
слоевете и не се
пречупват.
Ние виждаме Слънцето известно
време, след като то фактически е
залязло зад хоризонта, и известно
време преди действителното му
изгряване. В резултат на това денят се
удължава. Това удължение е най-малко
около екватора на Земята. В средните
географски ширини то достига десетина
минути.
 В полярните области,
където равнината на
видимото движение на
Слънцето сключва
много малък ъгъл с
хоризонта,
продължителността на
полярния ден може да
се увеличи поради
рефракцията с няколко
денонощия.
Защо звездите блещукат
• Звездите блещукат, тъй като
наблюдавани от земната
повърхност, зрителят, ги
вижда през няколко слоя
турбулентен въздух и
температурата на
атмосферата ни, която се
състои от няколко слоя
завихрящ се въздух и всеки
слой има различна
температура и плътност.
• Когато
светлината от
звездите
(пътуваща
милиони
километри),
премине през тези
слоеве на земната
атмосфера, е
подложена на
постоянно
изкривяване от
температурата и
движението на
всеки слой. Така
светлината се
изкривява няколко
Тези изкривявания, които са случайни,
променят визията на звездата, както
и местоположението и спрямо
наблюдаващия я от Земята.
Човешкото око възприема
това нестабилно движение, като
премигване, проблясване.
В Космоса, такъв визуален ефект на
проблясването липсва, тъй като той е
лишен от атмосфера.
Сплеснат диск на
Луната при
хоризонта
Ако внимателно се вгледаме
в диска на Луната при
изгрев или залез, ще
забележим, че той не е
правилен кръг, а е сплеснат
във вертикална посока.
Поради рефракцията на лъчите,
която е най-голяма непосредствено
до хоризонта и бързо намалява с
отдалечаване от него, долният
край на Луната се оказва
"повдигнат" повече, отколкото
горният, в резултат на което
диаметърът на диска във
вертикална посока намалява с
около 1/5 и той ни изглежда
сплеснат.
Същото се
наблюдава
и с диска
на
Слънцето.
През лятото този преход е по краткотраен,отколкото
през зимата а на юг и на север здрачът или разъмватето
трае много малко, докато на север - в полярните
области, те продължават по няколко часа.
Причината за това е различният
наклон на не видимият път на
слънцето по небoсвода през
денонощието спрямо хоризонта.
 На север продължителността на здрача се
увеличава и през летните месеци юни и юли над 50
ГРАДУСА с.ш. пълна нощ не настъпва.
На здрачаване
• Вечерният
здрач и
разсъмването
се сливат при
неугасналата
още вечерна
заря эапочва
зората. И
тогава
насъпват
бели нощи.
 Белите и
се наблюдават
полярните нощи
бели нощи,
са природни
полярната област
феномени, които
в другото
могат да се
полукълбо
е
наблюдават по
едно и също време потънала в мрак
от дългата почти
на различните
половин
полукълба на
Земята - когато в
годиншна
дадено полукълбо
полярна нощ

Бели нощи в Яхтена стоянка в
Стокхолм през юни
•

Зеленият лъч е рядък оптичен
феномен, който може да се наблюдава в
момента на залеза или изгрева на
слънцето. Той представлява зелено
локализирано сияние, което се появява за
кратък период от време непосредствено
над слънцето или пък лъч зелена
светлина, която проблясва за секунда.
Физика на явлението

Явлението се дължи на рефракцията и дисперсията на
слънчевата светлина в земната атмосфера. То е сходно с
принципа на формиране на дъгата, но за разлика от нея при
зеления лъч се вижда само част от спектъра.
Високочестотната светлина (зелена/синя) се пречупва под
по-голям ъгъл от нискочестотната (червена/оранжева) и
остава видима, когато червените лъчи са засенчени от
извивката на Земята. Атмосферните инверсии спомагат за
това явление, защото увеличават градиента на плътността,
като по този начин увеличават рефракцията.

Дисперсията на слънчевите лъчи се проявява с най-голяма
сила в самия момент на залеза, когато над хоризонта е
останал само много малък сегмент. Последният лъч на
залязващото слънце се разлага в спектър и по принцип би
трябвало да видим виолетова светлина. Проблемът е, че
виолетовите и сини лъчи се разсейват силно в
атмосферата (поради което небето изглежда синьо) и не
достигат до земната повърхност. Отделно
чувствителността на човешкото око е най-голяма (достига
максимум) в зелената част на спектъра. Всички тези
фактори допринасят за изумрудено зелената светлина,
която понякога се наблюдава при залез или изгрев на
слънцето.
Разяснение
Зеленият лъч в катедралата Нотр Дам в
Страсбург
Зеленият лъч може да се отнася за явление,
наблюдавано в катедралата Нотр Дам в
Страсбург два пъти в годината. В дните на
есенното и пролетното равноденствие зелен
лъч, който тръгва от един от витражите,
осветява статуята на Исус Христос върху
катедрата (на гръцки καθέδρα).


Мираж

Мираж е природно атмосферно
оптично явление, при което
слънчевите лъчи се пречупват
различно поради различната
плътност на слоевете въздух.
Представлява отражение на небето
(което изглежда като вода на шосето)
или на отдалечени предмети.
Миражът е пример за оптична
илюзия, но може да бъде заснеман с
видеокамера или фотоапарат.

Студеният въздух е по-плътен от топлия
и затова има по-голям индекс
(коефициент) на пречупване. Когато
светлината преминава от оптично поплътна към оптично по-рядка среда, тя
се пречупва в посока, обратна на
посоката на температурния градиент.
Ако преминава от оптично по-рядка
среда към оптично по-плътна,
светлината се пречупва по посока на
температурния градиент.

Ако топлият въздух е близо до земята,
лъчите се пречупват като в отворена
нагоре парабола. След като лъчът
достигне окото, окото може да гледа
само по права линия, която в случая е
тангентата на траекторията в точката,
когато достига окото. Изображението,
което се получава, може да бъде
погрешно интерпретирано като
отражение на небето във вода на пътя.
Миражите са
няколко вида:
Горен мираж

В средните географски ширини, включително
и в нашата страна, през зимата има случаи,
когато няколко дни поред нощем е ясно и
много студено. Поради топлинното излъчване
от снежната покривка нейната температура
спада.Изстиват и долните въздушни слоеве,
докато по-високите са по-топли. Такова
изменение на температурата се нарича
инверсия. Тя се запазва и малко след изгрева
на Слънцето, докато долните въздушни
слоеве се нагреят от земната повърхност,
издигат се нагоре и се смесят с околния
въздух.

Тогава един лъч, изхождащ от даден
предмет, навлизайки от долните въздушни
слоеве с по-голяма плътност към по-горните,
се закривява. На известна височина той става
успореден на земната повърхност, след което
се връща към нея-това се казва пълно
вътрешно отражение. Достигайки до Земята,
лъчът попада в окото на наблюдателя,тогава
той ще види обекта високо във въздуха в
посока, обратна на тази, на лъча преди
падането му в окото. Получава се интересна
картина-във въздуха се виждат доста ясно
обекти:
дървета, постройки или даже цели селища,
параходи, и др. Наред с образите във въздуха
могат да се наблюдават и самите обекти, ако
те не са зад хоризонта. Условия за образуване
на горен мираж се създават и в пустините рано
сутрин, когато въздухът долу още е много
студен поради голямото понижение на
температурата през нощта. Тогава пътуващите
в пустинята кервани виждат цели оазиси пред
себе си. Тези видения ги примамват към тях
дълбоко в пустинята и там загиват.
Страничен мираж

От разгледаните два вида миражи, става
ясно че ако мислено си представим
земната повърхност изправена отвесно, то
вместо над или под истинския обект
неговите образи ще се появяват встрани
от него, вляво или вдясно. В случая
казваме, че имаме страничен мираж.
Условията за такъв мираж се създават
например около нагретите фабрични
комини и други отвесни нагрети стени.
Долен мираж

Ако си представим, че около обедните часове
на горещ летен ден пътуваме с някое
превозно средство или пеш по асфалтирано
шосе. Изведнъж лентата на шосето пред нас
се превръща като че ли в река. Вижда се как
синкавата "водна повърхност" леко се
вълнува, сякаш подухвана от вятъра. И ако
срещу нас се зададе например камион, то
заедно с него виждаме и образа му под него,
като че ли той наистина върви под водата.
Вижда се и образ на крайпътните дървета,
също както в реката или езерото се отразяват
дърветата на брега. Как се обяснява това
явление?

Асфалтираното шосе през деня силно се нагрява
от Слънцето. Нагрява се и прилежащият до него
въздух, а температурата на по-горните слоеве
спада. Тогава един лъч изхождащ от даден
обект, по посока към Земята ще навлиза от поплътните горни въздушни слоеве към долните, и
ще се изкривява, обръщайки изпъкналата си
страна към Земята, докато най после след пълно
вътрешно отражение се обърне нагоре. А
наблюдателят вижда предмета по посока на
обърнатия лъч т. е. заедно с обекта вижда и
образа му под него. И понеже в атмосферата
винаги има, макар и слаби движения, образът на
небето леко се вълнува и създава впечатление
на леко вълнуваща се водна повърхност.
Фата Моргана

При описаните дотук условия на мираж имахме
плавно намаляване или увеличаване на плътността
на въздуха във височина. Понякога поради различни
причини това изменение става неравномерно и
тогава се създават условия за наблюдаване на
многократен горен мираж: над обекта се виждат
няколко негови образа, при това някои обърнати.
Когато тези образи, съответно уголемени, се
наслагат един върху друг, се получава една
фантастична картина. Понякога това са цели градове
с грамадни постройки, светещи прозорци, дървета и
т.н. Този сложен мираж носи специалното име "Фата
моргaна". В миналото са смятали, че това е дело на
магьосницата Моргана. Необходимо условие за
наблюдението на миражите е времето да бъде тихо.
В противен случай вятърът размесва различните
въздушни слоеве и миражи не се наблюдават.
Брокенов призрак

Това явление носи името си от планината Брокен в
Германия, където най-често е било наблюдавано. В
планинските места сутрин или вечер, когато
Слънцето е ниско до хоризонта, а на
срещуположната му страна има екран от облаци
или мъгла, местните жители или туристи понякога
виждат върху този екран огромни човешки сенки, в
някои случаи доста ясно очертани. Понякога около
главите на фигурите се виждало цветно сияние,
подобно на това, което се рисува около главите на
светците по иконите. Това е карало хората да
вярват, че на небето се явяват пратеници на Бога.
Това явление се е наблюдавало и в България - в
Стара планина, Пирин и Рила.

Обяснение на това внушително и на пръв
поглед загадъчно явление е много просто.
Случайно в момента на изгрева или залеза на
Слънцето на някой от най-високите върхове
на планината се е намирал човек. Понеже
Слънцето е ниско, неговата сянка се
проектира направо върху облака, съответно
уголемена като върху екран. Един турист, за
да се увери, че върху облака вижда
собствената си сянка, започнал да подскача и
да хвърля шапката си нагоре. Сянката
повтаряла всяко негово движение.
Какво е хало?
Хало е оптичен феномен, създаден от ледени кристали и
образуващ цветни или бели дъги и други форми в небето.
Много често се образува около Слънцето или Луната, но
всъщност може да бъде навсякъде по небето. Обикновено се
образува в студени райони или при студено време, когато
ледени кристали, наречени "диамантен прах" плават във
въздуха.
Има много разновидности на леденото хало. Образува се от
ледени кристали на височината на перестите облаци (5-10 км) в
горната част на тропосферата. Светлината се отразява и
пречупва и по-късно се разлага на много цветове поради
дисперсията. Кристалите се държат като призми, които
отразяват и пречупват слънчевата светлина, която на свой ред
дисперсира и образува красиви сияния.
Атмосферните феномени като хала̀та са използвани за
прогнозиране на времето преди метеорологията.
Какво е светлинен стълб?
Светлинният стълб или слънчев стълб е вертикален стълб или
колона от светлина, образуваща се обикновено по време на
изгрев или залез. Изглежда, че се образува под слънцето,
особено ако наблюдателят вижда феномена от високо или
далече. Причината за явлението са шестоъгълни ледени
кристали, които могaт да бъдат разположени вертикално или
хоризонтално. Обикновено хоризонталните са на около 6° над
хоризонта, докато вертикалните са обикновено на около 20.
Кристалите се ориентират в близка до хоризонтална линия, като
падат или плават през въздуха. Ширината и видимостта на
светлинния стълб показват разположението на кристалите.
Светлинните стълбове могат да се формират и около Луната, като
и около улични или други ярки светлини. Формираните от земна
светлина стълбове обикновено се извисяват по-високо от
формираните от Слънцето и Луната. Колкото е по-близо
наблюдателят до източника на светлина, толкова по-видима
става ориентацията на ледените кристали.
Какво е кръгло хало?
Кръглото хало, или 22-градусово хало, се формира, когато
светлината се отрази от облак с ледени кристали и от течна
вода във въздуха, например дъждовни капки, поставени
срещуположно на облака. Понякога образуваната фигура е
видима като кръг. По-ярки секции могат да се появят над, под
или отстрани на центъра. Страничните секции могат да се
срещнат и под имената „слънчеви кучета“ и „пархелии“
(лъжливи слънца). Тези отгоре и отдолу се наричат съответно
горни слънчеви дъги и долни слънчеви дъги. 22-градусовото
хало е обикновено червено отвътре и синьо отвън.
Дифрактният диск или въздушен диск е много подобен на кръглото
хало, но е диск, или по-скоро пръстен и има червена граница.
Неговият размер е колкото на ледените или водните частици,
които го причиняват. Познат е също като корона, но не трябва
да се бърка със слънчевата корона.