№ 20. Световые явления в атмосфере

Введение
Современные научные представления о световых явлениях
Интерференция, дифракция и поляризация света
Солнечный свет или все цвета радуги
Атмосфера нашей планеты
Солнечное и лунное гало
Солнечный закат
Радуга
Северное сияние
Мираж
Заключение
Список литературы

Магнитные полюса нашей планеты не совсем совпадают с географическими. А именно, южный магнитный полюс лежит вблизи северного географического полюса, а северный – вблизи южного. Около магнитных полюсов силовые линии магнитного поля Земли сильно загибаются вниз, к поверхности планеты. Заряженные частицы проникают в нижние, более плотные слои атмосферы и вступают во взаимодействие с воздухом, вызывая свечение атмосферы, которое и наблюдается как полярное сияние. Возбуждение атомов молекул воздуха (азота, кислорода, водорода) заряженными частицами солнечного ветра называется ионизацией. Спектральные исследования показали, что зеленое и красное полярное сияние происходит от возбужденных молекул кислорода, инфракрасное и фиолетовое – молекул азота, слабый красный цвет вызывается возбужденными атомами водорода из верхних слоев атмосферы.
Мираж
Свет распространяется прямолинейно лишь в однородной среде. На границе двух сред луч света преломляется, а значит, несколько отклоняется от первоначального направления. Подобной неоднородной средой является воздух земной атмосферы: плотность его максимальна у земной поверхности, а с высотой она спадает по экспоненциальному закону. Явление искривления лучей света в земной атмосфере называется рефракцией. Мираж представляет собой явление, при котором в результате рефракции (аномального отражения лучей света в атмосфере) появляется мнимое изображение реально существующего предмета, не видимого в нормальных условиях. Часто миражи вызываются неоднородным прогревом земной атмосферы. В атмосфере возникает некоторый аналог линзы, фокусирующий определенное изображение отдаленных объектов, это изображение и воспринимается наблюдателем как мираж.
Среди основных видов миражей можно выделить два: нижний и верхний. Нижний или озерный мираж возникает летним днём в жаркую погоду в виде отражения неба на земной поверхности или на дорогах на большом расстоянии от наблюдателя. По внешнему виду такой мираж напоминает лужи воды. Верхний мираж (мираж дальнего видения) возникает в любое время года ранним утром в тихую малооблачную погоду с хорошей видимостью (при отсутствии тумана, дымки и подобных явлений в атмосфере) в виде приподнимающегося горизонта. Внешний вид верхнего миража воспринимается как присутствие второго, более тёмного горизонта, располагающегося параллельно реальному горизонту, но несколько и выше его. При этом создается иллюзия того, что видны предметы, расположенные за реальным горизонтом. Удаление реального горизонта для стоящего на Земле человека обычно не превышает несколько десятков километров, а верхний мираж показывает предметы на удалении в несколько десятков километров. В качестве примеров верхних миражей можно привести два – в определенных условиях остров Корсика виден с южного побережья Франции, то же касается континентальной Италии и острова Сиракузы. В обоих случаях расстояние между материком и островом превышает 100 км. Также миражи распространены в пустыне Сахара в Африке.
Дальность горизонта при обычных условиях легко может быть оценена по геометрическому правилу подобия треугольников. А именно, рост человека (2 м) так относится к дальности горизонта (X), как дальность горизонта относится к радиусу Земли (6400 км = 6.4*106 м). Значит X2 = 2*6.4*106 м, а дальность горизонта X может быть оценена как 3.5 км.
После восхода солнца верхний мираж быстро исчезает. При этом сам процесс исчезновения может быть постепенным, как исчезновение кота в сказке «Алиса в стране чудес»: там улыбка кота наблюдалась отдельно от самого кота. Рассеивание верхнего миража может быть постепенным – очертания предметов исчезают не сразу, а по частям.
Заключение
В атмосфере нашей планеты происходит много интересных и красочных оптических явлений. Среди них есть как хорошо изученные, так и до сих пор недостаточно понятые. Достаточно упомянуть то, что большая часть так называемых НЛО (неопознанных летающих объектов) допускает интерпретацию в рамках еще не понятых атмосферных явлений. Будущее покажет, сможет ли человечество детальнее изучить все многообразие световых явлений в атмосфере.
Список литературы
Трубников П.Р,. Покусаев Н.В. Оптика и атмосфера. СПб: Просвещение. 2002 г.
Тарасов Л.В. Физика в природе. М.: Просвещение. 1988 г.
Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. М.: Наука, 1982 г.
Миннарт М. Свет и цвет в природе. М.: Наука. 1969.
3