يدرس الصف السادس موضوع "الظواهر البصرية في الغلاف الجوي" في المدرسة. ومع ذلك ، فهي لا تهم فقط عقل الطفل الفضولي. الظواهر البصرية في الغلاف الجوي ، من ناحية ، تجمع بين قوس قزح ، والتغير في لون السماء أثناء شروق الشمس وغروبها ، التي يراها الجميع أكثر من مرة. من ناحية أخرى ، فهي تشمل سرابًا غامضًا ، وأقمارًا وشمسًا كاذبة ، وهالات مثيرة للإعجاب كانت تخيف الناس في الماضي. لا تزال آلية تكوين بعضها غير واضحة حتى النهاية اليوم ، ومع ذلك ، فإن المبدأ العام الذي بواسطته "تعيش" الظواهر الضوئية في الطبيعة تمت دراسته جيدًا من قبل الفيزياء الحديثة.
غلاف جوي
الغلاف الجوي للأرض عبارة عن غلاف يتكون من مزيج من الغازات ويمتد لحوالي 100 كيلومتر فوق مستوى سطح البحر. تتغير كثافة طبقة الهواء مع بعد المسافة من الأرض: أعلى قيمة لها تكون على سطح الكوكب ، وتتناقص مع الارتفاع. لا يمكن تسمية الغلاف الجوي بتشكيل ثابت. طبقات الغلاف الغازيتتحرك باستمرار وتختلط. تتغير خصائصها: درجة الحرارة ، الكثافة ، سرعة الحركة ، الشفافية. كل هذه الفروق الدقيقة تؤثر على اندفاع أشعة الشمس إلى سطح الكوكب.
النظام البصري
العمليات التي تحدث في الغلاف الجوي وتكوينه تساهم في امتصاص وانكسار وانعكاس أشعة الضوء. يصل بعضها إلى الهدف - سطح الأرض ، والآخر مبعثر أو أعيد توجيهه مرة أخرى إلى الفضاء الخارجي. نتيجة لانحناء وانعكاس الضوء ، وانحلال جزء من الأشعة إلى طيف ، وما إلى ذلك ، تتشكل ظواهر بصرية مختلفة في الغلاف الجوي.
بصريات الغلاف الجوي
في الوقت الذي كان العلم في مهده ، شرح الناس الظواهر البصرية بناءً على الأفكار السائدة حول بنية الكون. ربط قوس قزح العالم البشري بالعالم الإلهي ، وشهد ظهور شمسين مزيفين في السماء على اقتراب الكوارث. اليوم ، تلقت معظم الظواهر التي أخافت أسلافنا البعيدين تفسيرًا علميًا. تشارك البصريات الجوية في دراسة هذه الظواهر. يصف هذا العلم الظواهر البصرية في الغلاف الجوي بناءً على قوانين الفيزياء. إنها قادرة على تفسير سبب ظهور السماء باللون الأزرق أثناء النهار ، ولكن يتغير لونها أثناء الغروب والفجر ، وكيف يتشكل قوس قزح ومن أين تأتي السراب. تتيح العديد من الدراسات والتجارب اليوم فهم الظواهر البصرية في الطبيعة مثل ظهور الصلبان المضيئة ، Fata Morgana ، هالات قوس قزح.
السماء الزرقاء
لون السماءمألوف جدًا لدرجة أننا نادرًا ما نفكر في سبب ذلك. ومع ذلك ، يعرف الفيزيائيون الإجابة جيدًا. أثبت نيوتن أنه في ظل ظروف معينة يمكن أن يتحلل شعاع الضوء إلى طيف. عند المرور عبر الغلاف الجوي ، يكون الجزء المقابل للون الأزرق مبعثرًا بشكل أفضل. القسم الأحمر للإشعاع المرئي يتميز بطول موجي أطول وهو أدنى بـ16 مرة من البنفسجي من حيث درجة التشتت.
في نفس الوقت ، لا نرى السماء أرجوانية بل زرقاء. يكمن السبب في ذلك في خصائص بنية شبكية العين ونسبة أجزاء من الطيف في ضوء الشمس. عيوننا أكثر حساسية للأزرق ، والجزء البنفسجي من طيف الشمس أقل كثافة من الأزرق.
الغروب القرمزي
عندما اكتشف الناس ماهية الغلاف الجوي ، لم تعد الظواهر البصرية بالنسبة لهم دليلاً أو نذير أحداث مروعة. ومع ذلك ، فإن النهج العلمي لا يتعارض مع المتعة الجمالية من غروب الشمس الملون وشروق الشمس اللطيف. درجات الأحمر والبرتقالي الساطعة ، جنبًا إلى جنب مع اللون الوردي والأزرق ، تفسح المجال تدريجياً لظلام الليل أو ضوء الصباح. من المستحيل ملاحظة شروق الشمس أو غروبها. والسبب في ذلك يكمن في نفس تنقل طبقات الغلاف الجوي وتغير الأحوال الجوية.
أثناء غروب الشمس وشروقها ، تنتقل أشعة الشمس إلى السطح لمسافة أطول من النهار. نتيجة لذلك ، ينتشر البنفسجي والأزرق والأخضر على الجانبين ، ويتحول الضوء المباشر إلى الأحمر والبرتقالي. تساهم السحب أو الغبار أو جزيئات الجليد في صورة غروب الشمس والفجر ،معلقة في الهواء. ينكسر الضوء أثناء مروره من خلالها ، ويلون السماء بمجموعة متنوعة من الظلال. في الجزء المقابل للشمس من الأفق ، يمكن للمرء أن يلاحظ في كثير من الأحيان ما يسمى حزام الزهرة - وهو شريط وردي يفصل بين سماء الليل المظلمة وسماء النهار الزرقاء. الظاهرة البصرية الجميلة ، التي سميت على اسم إلهة الحب الرومانية ، تظهر قبل الفجر وبعد غروب الشمس.
جسر قوس قزح
ربما ، لا توجد ظواهر ضوئية أخرى في الغلاف الجوي تثير الكثير من المؤامرات الأسطورية والصور الخيالية مثل تلك المرتبطة بقوس قزح. القوس أو الدائرة المكونة من سبعة ألوان معروفة للجميع منذ الطفولة. ظاهرة جميلة في الغلاف الجوي تحدث أثناء المطر ، عندما تمر أشعة الشمس عبر القطرات ، تبهر حتى أولئك الذين درسوا طبيعتها بدقة.
وفيزياء قوس قزح اليوم ليست خفية على أحد. ينكسر ضوء الشمس ، الذي ينكسر بقطرات من المطر أو الضباب. نتيجة لذلك ، يرى المراقب سبعة ألوان من الطيف ، من الأحمر إلى البنفسجي. من المستحيل تحديد الحدود بينهما. تمتزج الألوان بسلاسة مع بعضها البعض من خلال عدة درجات.
عند مراقبة قوس قزح ، تكون الشمس دائمًا خلف الشخص. يقع مركز ابتسامة إيريدا (كما أطلق الإغريق القدماء على قوس قزح) على خط يمر عبر المراقب وضوء النهار. يظهر قوس قزح عادة على شكل نصف دائرة. يعتمد حجمها وشكلها على موضع الشمس والنقطة التي يقع عندها الراصد. كلما ارتفع النجم فوق الأفق ، انخفضت دائرة المظهر المحتمل.قوس قزح. عندما تمر الشمس 42 درجة فوق الأفق ، لا يستطيع الراصد الموجود على سطح الأرض رؤية قوس قزح. كلما ارتفع مستوى سطح البحر لدى الشخص الذي يريد الإعجاب بابتسامة إيريدا ، زادت احتمالية أنه لن يرى قوسًا ، بل دائرة.
قوس قزح مزدوج وضيق وواسع
في كثير من الأحيان ، جنبًا إلى جنب مع الرئيسي ، يمكنك رؤية ما يسمى بقوس قزح الثانوي. إذا تم تشكيل الأول نتيجة انعكاس واحد للضوء ، فإن الثاني هو نتيجة انعكاس مزدوج. بالإضافة إلى ذلك ، يتميز قوس قزح الرئيسي بترتيب معين من الألوان: الأحمر يقع في الخارج ، والأرجواني في الداخل ، وهو أقرب إلى سطح الأرض. "الجسر" الجانبي هو الطيف المعكوس بالتسلسل: البنفسجي في الأعلى. يحدث هذا لأن الأشعة المنبعثة من قطرة المطر تنعكس من انعكاس مزدوج بزوايا مختلفة.
يختلف قوس قزح في كثافة اللون والعرض. تظهر الأضيق والأكثر سطوعًا بعد عاصفة رعدية صيفية. القطرات الكبيرة ، المميزة لمثل هذا المطر ، تؤدي إلى ظهور قوس قزح مرئي للغاية بألوان مميزة. القطرات الصغيرة تعطي قوس قزح أكثر ضبابية وأقل وضوحًا.
الظواهر البصرية في الغلاف الجوي: الشفق القطبي
من أجمل الظواهر البصرية في الغلاف الجوي الشفق القطبي. إنها مميزة لجميع الكواكب ذات الغلاف المغناطيسي. على الأرض ، يُلاحظ الشفق القطبي عند خطوط العرض العالية في نصفي الكرة الأرضية ، في المناطق المحيطةالأقطاب المغناطيسية للكوكب. في أغلب الأحيان ، يمكنك رؤية وهج أخضر أو أزرق مخضر ، تكمله أحيانًا ومضات من الأحمر والوردي على طول الحواف. يتشكل الشفق القطبي الشديد على شكل شرائط أو طيات من القماش ، والتي تتحول إلى بقع عند التلاشي. تبرز الخطوط التي يبلغ ارتفاعها عدة مئات من الكيلومترات بشكل جيد على طول الحافة السفلية مقابل السماء المظلمة. ضاع الحد الأعلى للشفق القطبي في السماء.
هذه الظواهر البصرية الجميلة في الغلاف الجوي لا تزال تحجب أسرارها عن الناس: آلية حدوث أنواع معينة من اللمعان ، سبب الطقطقة أثناء الومضات الحادة ، لم تتم دراستها بشكل كامل. ومع ذلك ، فإن الصورة العامة لتشكيل الشفق معروفة اليوم. تم تزيين السماء فوق القطبين الشمالي والجنوبي بتوهج وردي مخضر حيث تصطدم الجسيمات المشحونة من الرياح الشمسية بالذرات الموجودة في الغلاف الجوي العلوي للأرض. هذا الأخير ، نتيجة التفاعل ، يتلقى طاقة إضافية وينبعث منها على شكل ضوء.
هالو
غالبًا ما تظهر الشمس والقمر أمامنا محاطين بوهج يشبه الهالة. هذه الهالة عبارة عن حلقة مرئية للغاية حول مصدر الضوء. في الغلاف الجوي ، غالبًا ما يتشكل بسبب أصغر جزيئات الجليد التي تشكل السحب الرقيقة فوق الأرض. اعتمادًا على شكل وحجم البلورات ، تتغير خصائص الظاهرة. غالبًا ما تأخذ الهالة شكل دائرة قوس قزح نتيجة تحلل شعاع الضوء إلى طيف.
مجموعة متنوعة مثيرة للاهتمام من الظاهرة تسمى parhelion. نتيجة لانكسار الضوء في بلورات الجليدعلى مستوى الشمس ، تتشكل بقعتان ساطعتان تشبهان ضوء النهار. في السجلات التاريخية يمكن للمرء أن يجد أوصافًا لهذه الظاهرة. في الماضي ، كان يُنظر إليه في كثير من الأحيان على نذير أحداث رهيبة.
ميراج
السراب هي أيضًا ظاهرة بصرية في الغلاف الجوي. تنشأ نتيجة لانكسار الضوء عند الحدود بين طبقات الهواء التي تختلف اختلافًا كبيرًا في الكثافة. يصف الأدب العديد من الحالات عندما رأى مسافر في الصحراء واحات أو حتى مدنًا وقلاعًا لا يمكن أن تكون قريبة. غالبًا ما تكون هذه سرابًا "أقل". تظهر على سطح مستو (صحراوي ، أسفلت) وتمثل صورة منعكسة للسماء ، والتي تبدو للمراقب أنها جسم مائي.
ما يسمى بالسراب المتفوق أقل شيوعًا. تتشكل على الأسطح الباردة. السراب المتفوق مستقيمة ومقلوبة ، وأحيانًا تجمع بين الوضعين. أشهر ممثل لهذه الظواهر البصرية هو فاتا مورجانا. هذا سراب معقد يجمع عدة أنواع من الانعكاسات في وقت واحد. تظهر الأشياء الواقعية أمام المراقب ، تنعكس وتختلط بشكل متكرر.
كهرباء الغلاف الجوي
غالبًا ما يتم ذكر الظواهر الكهربائية والبصرية في الغلاف الجوي معًا ، على الرغم من اختلاف أسباب حدوثها. يرتبط استقطاب السحب وتكوين البرق بالعمليات التي تحدث في طبقة التروبوسفير والأيونوسفير. عادة ما تتشكل التفريغات الشرارة العملاقة أثناء عاصفة رعدية. يحدث البرق داخل السحب ويمكن أن يضرب الأرض. إنها تهدد الحياةالناس ، وهذا من أسباب الاهتمام العلمي بمثل هذه الظواهر. لا تزال بعض خصائص البرق لغزا للباحثين. اليوم ، سبب البرق الكروي غير معروف. كما هو الحال مع بعض جوانب نظرية الشفق القطبي والسراب ، تستمر الظواهر الكهربائية في إثارة اهتمام العلماء.
الظواهر البصرية في الغلاف الجوي ، الموصوفة بإيجاز في المقالة ، أصبحت أكثر وأكثر قابلية للفهم من قبل علماء الفيزياء كل يوم. في الوقت نفسه ، مثل البرق ، لا يتوقفون أبدًا عن إبهار الناس بجمالهم وغموضهم وعظمتهم في بعض الأحيان.
