A 6ª série está estudando o tema “Fenômenos ópticos na atmosfera” na escola. No entanto, é de interesse não apenas para a mente inquisitiva de uma criança. Fenômenos ópticos na atmosfera, por um lado, combinam o arco-íris, a mudança na cor do céu durante o nascer e o pôr do sol, visto mais de uma vez por todos. Por outro lado, incluem miragens misteriosas, falsas Luas e Sóis, halos impressionantes que no passado aterrorizavam as pessoas. O mecanismo de formação de alguns deles permanece obscuro até hoje, no entanto, o princípio geral pelo qual os fenômenos ópticos "vivem" na natureza tem sido bem estudado pela física moderna.
Casca de ar
A atmosfera da Terra é uma concha composta por uma mistura de gases e se estende por cerca de 100 km acima do nível do mar. A densidade da camada de ar muda com a distância da terra: seu valor mais alto está na superfície do planeta, diminui com a altura. A atmosfera não pode ser chamada de formação estática. Camadas do envelope gasosoconstantemente em movimento e mistura. Suas características mudam: temperatura, densidade, velocidade de movimento, transparência. Todas essas nuances afetam os raios do sol que chegam à superfície do planeta.
Sistema Óptico
Os processos que ocorrem na atmosfera, assim como sua composição, contribuem para a absorção, refração e reflexão dos raios de luz. Alguns deles atingem o alvo - a superfície da Terra, o outro é espalhado ou redirecionado de volta ao espaço sideral. Como resultado da curvatura e reflexão da luz, do decaimento de parte dos raios em um espectro, e assim por diante, vários fenômenos ópticos são formados na atmosfera.
Óptica atmosférica
Na época em que a ciência estava em sua infância, as pessoas explicavam os fenômenos ópticos com base nas ideias predominantes sobre a estrutura do Universo. O arco-íris conectou o mundo humano com o divino, o aparecimento de dois falsos sóis no céu testemunhou as catástrofes que se aproximavam. Hoje, a maioria dos fenômenos que assustaram nossos ancestrais distantes receberam uma explicação científica. A óptica atmosférica está envolvida no estudo de tais fenômenos. Esta ciência descreve fenômenos ópticos na atmosfera com base nas leis da física. Ela é capaz de explicar por que o céu é azul durante o dia, mas muda de cor durante o pôr do sol e o amanhecer, como um arco-íris é formado e de onde vêm as miragens. Numerosos estudos e experimentos hoje tornam possível entender fenômenos ópticos na natureza como o aparecimento de cruzes luminosas, Fata Morgana, halos de arco-íris.
Céu azul
Cor do céutão familiar que raramente pensamos sobre por que é assim. No entanto, os físicos sabem bem a resposta. Newton provou que sob certas condições um feixe de luz pode ser decomposto em um espectro. Ao passar pela atmosfera, a parte correspondente à cor azul se espalha melhor. A seção vermelha da radiação visível é caracterizada por um comprimento de onda mais longo e é 16 vezes inferior ao violeta em termos de grau de espalhamento.
Ao mesmo tempo, vemos o céu não roxo, mas azul. A razão para isso está nas peculiaridades da estrutura da retina e na proporção de partes do espectro na luz solar. Nossos olhos são mais sensíveis ao azul, e a porção violeta do espectro do sol é menos intensa que o azul.
Pôr do sol escarlate
Quando as pessoas descobriram o que é a atmosfera, os fenômenos ópticos deixaram de ser para elas evidência ou presságio de eventos terríveis. No entanto, a abordagem científica não interfere no prazer estético do pôr do sol colorido e do nascer do sol suave. Vermelhos e laranjas brilhantes, juntamente com rosas e azuis, gradualmente dão lugar à escuridão da noite ou à luz da manhã. É impossível observar dois amanheceres ou entardeceres idênticos. E a razão para isso está na mesma mobilidade das camadas atmosféricas e mudanças nas condições climáticas.
Durante o pôr do sol e o nascer do sol, os raios do sol percorrem um caminho mais longo até a superfície do que durante o dia. Como resultado, violeta difuso, azul e verde vão para os lados, e a luz direta fica vermelha e laranja. Nuvens, poeira ou partículas de gelo contribuem para a imagem do pôr do sol e do amanhecer,suspenso no ar. A luz é refratada à medida que passa por eles e colore o céu em uma variedade de tons. Na parte do horizonte oposta ao Sol, muitas vezes pode-se observar o chamado Cinturão de Vênus - uma faixa rosa que separa o céu escuro da noite e o céu azul do dia. O belo fenômeno óptico, batizado em homenagem à deusa romana do amor, é visível antes do amanhecer e depois do pôr do sol.
Ponte Arco-Íris
Talvez nenhum outro fenômeno de luz na atmosfera evoque tantos enredos mitológicos e imagens de contos de fadas quanto aqueles associados ao arco-íris. O arco ou círculo, composto por sete cores, é conhecido por todos desde a infância. Um belo fenômeno atmosférico que ocorre durante a chuva, quando os raios do sol passam pelas gotas, fascina até mesmo aqueles que estudaram a fundo sua natureza.
E a física do arco-íris hoje não é segredo para ninguém. A luz do sol, refratada por gotas de chuva ou neblina, se divide. Como resultado, o observador vê sete cores do espectro, do vermelho ao violeta. É impossível definir os limites entre eles. As cores misturam-se suavemente entre si através de vários tons.
Ao observar um arco-íris, o sol está sempre atrás da pessoa. O centro do sorriso de Irida (como os antigos gregos chamavam o arco-íris) está localizado em uma linha que passa pelo observador e pela luz do dia. Um arco-íris geralmente aparece como um semicírculo. Seu tamanho e forma dependem da posição do Sol e do ponto em que o observador está localizado. Quanto mais alto o luminar acima do horizonte, mais baixo o círculo de possível aparência cai.arco-íris. Quando o Sol passa 42º acima do horizonte, um observador na superfície da Terra não consegue ver o arco-íris. Quanto mais acima do nível do mar estiver uma pessoa que queira admirar o sorriso de Irida, mais provável será que ela não veja um arco, mas um círculo.
Arco-íris duplo, estreito e largo
Muitas vezes, junto com o principal, você pode ver o chamado arco-íris secundário. Se o primeiro é formado como resultado de uma única reflexão de luz, o segundo é o resultado de uma dupla reflexão. Além disso, o arco-íris principal se distingue por uma certa ordem de cores: o vermelho está localizado do lado de fora e o roxo está no interior, mais próximo da superfície da Terra. A "ponte" lateral é o espectro invertido na sequência: o violeta está no topo. Isso acontece porque os raios de uma gota de chuva são refletidos por uma dupla reflexão em diferentes ângulos.
Arco-íris variam em intensidade de cor e largura. Os mais brilhantes e estreitos aparecem após uma tempestade de verão. Grandes gotas, características dessa chuva, dão origem a um arco-íris altamente visível com cores distintas. Pequenas gotas dão um arco-íris mais borrado e menos perceptível.
Fenômenos ópticos na atmosfera: aurora boreal
Um dos mais belos fenômenos ópticos atmosféricos é a aurora. É característico de todos os planetas com uma magnetosfera. Na Terra, as auroras são observadas em altas latitudes em ambos os hemisférios, em zonas ao redorpólos magnéticos do planeta. Na maioria das vezes, você pode ver um brilho esverdeado ou azul-esverdeado, às vezes complementado por flashes de vermelho e rosa ao longo das bordas. A intensa aurora boreal tem a forma de fitas ou dobras de tecido, que se transformam em manchas ao desbotar. Listras com várias centenas de quilômetros de altura se destacam bem ao longo da borda inferior contra o céu escuro. O limite superior da aurora se perde no céu.
Esses belos fenômenos ópticos na atmosfera ainda guardam seus segredos das pessoas: o mecanismo de ocorrência de certos tipos de luminescência, causa da crepitação durante os flashes agudos, não foi totalmente estudado. No entanto, o quadro geral da formação das auroras é conhecido hoje. Os céus acima dos pólos norte e sul são adornados com um brilho rosa esverdeado à medida que partículas carregadas do vento solar colidem com átomos na atmosfera superior da Terra. Estes últimos, como resultado da interação, recebem energia adicional e a emitem na forma de luz.
Halo
O sol e a lua muitas vezes aparecem diante de nós cercados por um brilho semelhante a uma auréola. Este halo é um anel altamente visível ao redor da fonte de luz. Na atmosfera, na maioria das vezes é formado devido às menores partículas de gelo que compõem as nuvens cirros bem acima da Terra. Dependendo da forma e tamanho dos cristais, as características do fenômeno mudam. Muitas vezes o halo assume a forma de um círculo de arco-íris como resultado da decomposição do feixe de luz em um espectro.
Uma variedade interessante do fenômeno é chamada de parélio. Como resultado da refração da luz em cristais de gelo emAo nível do Sol, duas manchas brilhantes são formadas, lembrando a luz do dia. Nas crônicas históricas pode-se encontrar descrições desse fenômeno. No passado, era frequentemente considerado um prenúncio de eventos terríveis.
Miragem
Miragens também são fenômenos ópticos na atmosfera. Eles surgem como resultado da refração da luz na fronteira entre camadas de ar que diferem significativamente em densidade. A literatura descreve muitos casos em que um viajante no deserto viu oásis ou mesmo cidades e castelos que não poderiam estar próximos. Na maioria das vezes, são miragens "inferiores". Surgem sobre uma superfície plana (deserto, asf alto) e representam uma imagem refletida do céu, que parece ao observador um corpo de água.
As chamadas miragens superiores são menos comuns. Eles se formam sobre superfícies frias. As miragens superiores são retas e invertidas, às vezes combinam as duas posições. O representante mais famoso desses fenômenos ópticos é Fata Morgana. Esta é uma miragem complexa que combina vários tipos de reflexos ao mesmo tempo. Objetos da vida real aparecem diante do observador, repetidamente refletidos e misturados.
Eletricidade atmosférica
Fenômenos elétricos e ópticos na atmosfera são frequentemente mencionados juntos, embora as causas de sua ocorrência sejam diferentes. A polarização das nuvens e a formação de raios estão associadas a processos que ocorrem na troposfera e na ionosfera. Descargas de faíscas gigantes são geralmente formadas durante uma tempestade. O relâmpago ocorre dentro das nuvens e pode atingir o solo. Eles correm risco de vidapessoas, e esta é uma das razões do interesse científico por tais fenômenos. Algumas propriedades do relâmpago ainda são um mistério para os pesquisadores. Hoje, a causa do raio de bola é desconhecida. Tal como acontece com alguns aspectos da teoria da aurora e da miragem, os fenômenos elétricos continuam a intrigar os cientistas.
Os fenômenos ópticos na atmosfera, brevemente descritos no artigo, estão se tornando cada vez mais compreensíveis para os físicos a cada dia. Ao mesmo tempo, eles, como relâmpagos, nunca deixam de surpreender as pessoas com sua beleza, mistério e às vezes grandiosidade.
