Lớp 6 đang học chủ đề “Hiện tượng quang học trong khí quyển” ở trường. Tuy nhiên, nó không chỉ quan tâm đến tâm trí tò mò của một đứa trẻ. Các hiện tượng quang học trong khí quyển, một mặt, kết hợp cầu vồng, sự thay đổi màu sắc của bầu trời khi bình minh và hoàng hôn, được mọi người nhìn thấy nhiều hơn một lần. Mặt khác, chúng bao gồm những ảo ảnh bí ẩn, Mặt trăng và Mặt trời giả, những vầng hào quang ấn tượng trong quá khứ khiến người ta khiếp sợ. Cơ chế hình thành của một số trong số chúng vẫn còn chưa rõ ràng cho đến ngày nay, tuy nhiên, nguyên tắc chung mà các hiện tượng quang học "sống" trong tự nhiên đã được vật lý hiện đại nghiên cứu kỹ lưỡng.
Vỏ khí
Bầu khí quyển của Trái đất là một lớp vỏ bao gồm hỗn hợp các khí và kéo dài khoảng 100 km trên mực nước biển. Mật độ của lớp không khí thay đổi theo khoảng cách từ trái đất: giá trị cao nhất của nó là ở bề mặt hành tinh, nó giảm dần theo độ cao. Khí quyển không thể được gọi là một hình thành tĩnh. Các lớp của phong bì khíliên tục chuyển động và trộn lẫn. Các đặc tính của chúng thay đổi: nhiệt độ, mật độ, tốc độ di chuyển, độ trong suốt. Tất cả những sắc thái này ảnh hưởng đến tia nắng mặt trời chiếu tới bề mặt hành tinh.
Hệ thống quang
Các quá trình xảy ra trong khí quyển, cũng như thành phần của nó, góp phần vào việc hấp thụ, khúc xạ và phản xạ các tia sáng. Một số trong số chúng đến được mục tiêu - bề mặt trái đất, số còn lại bị phân tán hoặc chuyển hướng trở lại không gian vũ trụ. Do độ cong và sự phản xạ của ánh sáng, sự phân rã của một phần tia sáng thành quang phổ, v.v., các hiện tượng quang học khác nhau được hình thành trong khí quyển.
Quang học khí quyển
Vào thời kỳ khoa học còn sơ khai, người ta giải thích các hiện tượng quang học dựa trên những ý tưởng thịnh hành về cấu trúc của Vũ trụ. Cầu vồng kết nối thế giới con người với thần thánh, sự xuất hiện của hai Mặt trời giả trên bầu trời là minh chứng cho những thảm họa đang đến gần. Ngày nay, hầu hết các hiện tượng khiến tổ tiên xa xôi của chúng ta khiếp sợ đều đã nhận được lời giải thích khoa học. Quang học khí quyển tham gia vào việc nghiên cứu các hiện tượng như vậy. Khoa học này mô tả các hiện tượng quang học trong khí quyển dựa trên các định luật vật lý. Cô ấy có thể giải thích tại sao bầu trời có màu xanh vào ban ngày, nhưng lại đổi màu khi hoàng hôn và bình minh, cầu vồng được hình thành như thế nào và marage đến từ đâu. Nhiều nghiên cứu và thí nghiệm ngày nay giúp chúng ta có thể hiểu được các hiện tượng quang học trong tự nhiên như sự xuất hiện của thánh giá phát sáng, Fata Morgana, quầng sáng cầu vồng.
Trời xanh
Màu của bầu trờiquen thuộc đến mức chúng ta hiếm khi nghĩ về lý do tại sao nó lại như vậy. Tuy nhiên, các nhà vật lý biết rõ câu trả lời. Newton đã chứng minh rằng trong những điều kiện nhất định, một chùm ánh sáng có thể bị phân hủy thành một quang phổ. Khi đi qua bầu khí quyển, phần ứng với màu xanh lam bị tán xạ tốt hơn. Phần màu đỏ của bức xạ nhìn thấy được đặc trưng bởi bước sóng dài hơn và kém hơn màu tím 16 lần về mức độ tán xạ.
Đồng thời, chúng ta thấy bầu trời không phải là màu tím, mà là màu xanh lam. Lý do cho điều này nằm ở những đặc thù của cấu trúc của võng mạc và tỷ lệ các phần của quang phổ trong ánh sáng mặt trời. Đôi mắt của chúng ta nhạy cảm hơn với màu xanh lam và phần màu tím trong quang phổ của mặt trời ít gay gắt hơn so với màu xanh lam.
Hoàng hôn đỏ rực
Khi mọi người tìm ra bầu khí quyển là gì, các hiện tượng quang học không còn là bằng chứng hay điềm báo của những sự kiện khủng khiếp nữa. Tuy nhiên, cách tiếp cận khoa học không cản trở niềm vui thẩm mỹ từ những cảnh hoàng hôn đầy màu sắc và bình minh nhẹ nhàng. Màu đỏ tươi và cam, cùng với hồng và xanh lam, dần dần nhường chỗ cho bóng tối hoặc ánh sáng ban mai. Không thể quan sát hai cảnh bình minh hoặc hoàng hôn giống hệt nhau. Và lý do cho điều này nằm ở tính linh động của các lớp khí quyển và điều kiện thời tiết thay đổi.
Trong lúc hoàng hôn và bình minh, tia nắng mặt trời đi qua bề mặt dài hơn so với ban ngày. Kết quả là, màu tím, xanh lam và xanh lục khuếch tán ra hai bên, và ánh sáng trực tiếp chuyển sang màu đỏ và cam. Mây, bụi hoặc các hạt băng góp phần tạo nên bức tranh hoàng hôn và bình minh,lơ lửng trên không. Ánh sáng bị khúc xạ khi đi qua chúng và tạo màu sắc cho bầu trời theo nhiều sắc thái khác nhau. Ở phần đường chân trời đối diện với Mặt trời, người ta thường có thể quan sát cái gọi là Vành đai sao Kim - một dải màu hồng ngăn cách bầu trời đêm đen và bầu trời ban ngày xanh. Hiện tượng quang học tuyệt đẹp, được đặt theo tên của nữ thần tình yêu La Mã, có thể nhìn thấy trước bình minh và sau khi mặt trời lặn.
Cầu Rainbow
Có lẽ, không có hiện tượng ánh sáng nào khác trong khí quyển gợi lên nhiều âm mưu thần thoại và hình ảnh cổ tích như những hình ảnh gắn liền với cầu vồng. Vòng cung hoặc hình tròn, bao gồm bảy màu, được mọi người biết đến từ khi còn nhỏ. Một hiện tượng khí quyển tuyệt đẹp xảy ra khi mưa, khi tia nắng mặt trời xuyên qua những giọt nước, làm mê hoặc ngay cả những người đã nghiên cứu kỹ lưỡng bản chất của nó.
Và vật lý của cầu vồng ngày nay không có gì là bí mật đối với bất kỳ ai. Ánh sáng mặt trời, bị khúc xạ bởi những giọt mưa hoặc sương mù, bị tách ra. Kết quả là, người quan sát nhìn thấy bảy màu của quang phổ, từ đỏ đến tím. Không thể xác định ranh giới giữa chúng. Màu sắc kết hợp nhuần nhuyễn với nhau qua nhiều sắc thái.
Khi quan sát cầu vồng, mặt trời luôn ở phía sau người. Tâm của nụ cười Irida (như người Hy Lạp cổ đại gọi là cầu vồng) nằm trên một đường thẳng đi qua người quan sát và ánh sáng ban ngày. Cầu vồng thường xuất hiện dưới dạng hình bán nguyệt. Kích thước và hình dạng của nó phụ thuộc vào vị trí của Mặt trời và điểm mà người quan sát ở đó. Độ sáng phía trên đường chân trời càng cao, vòng tròn có thể xuất hiện càng giảm.cầu vồng. Khi Mặt trời đi qua 42º so với đường chân trời, một người quan sát trên bề mặt Trái đất không thể nhìn thấy cầu vồng. Một người muốn chiêm ngưỡng nụ cười của Irida càng cao trên mực nước biển thì càng có nhiều khả năng anh ta sẽ không nhìn thấy một vòng cung mà là một vòng tròn.
Cầu vồng kép, hẹp và rộng
Thường, cùng với cầu vồng chính, bạn có thể nhìn thấy cái gọi là cầu vồng phụ. Nếu hình đầu tiên được hình thành do phản xạ ánh sáng một lần, thì hình thứ hai là kết quả của phản xạ kép. Ngoài ra, cầu vồng chính được phân biệt bởi một thứ tự màu sắc nhất định: màu đỏ nằm ở bên ngoài và màu tím ở bên trong, tức là gần bề mặt Trái đất hơn. "Cầu nối" bên là quang phổ được đảo ngược theo trình tự: màu tím ở trên cùng. Điều này xảy ra bởi vì các tia từ một giọt mưa bị phản xạ từ một phản xạ kép ở các góc khác nhau.
Cầu vồng khác nhau về cường độ màu và độ rộng. Những cái sáng nhất và khá hẹp xuất hiện sau một cơn giông mùa hè. Những giọt lớn, đặc trưng của mưa như vậy, tạo ra cầu vồng có thể nhìn thấy rõ với các màu sắc riêng biệt. Những giọt nước nhỏ tạo ra cầu vồng mờ hơn và ít gây chú ý hơn.
Hiện tượng quang học trong khí quyển: aurora borealis
Một trong những hiện tượng quang học khí quyển đẹp nhất là cực quang. Nó là đặc điểm của tất cả các hành tinh có từ quyển. Trên Trái đất, cực quang được quan sát thấy ở vĩ độ cao ở cả hai bán cầu, trong các khu vực xung quanhcác cực từ của hành tinh. Thông thường, bạn có thể thấy ánh sáng xanh lục hoặc xanh lục lam, đôi khi được bổ sung bởi các tia sáng màu đỏ và hồng dọc theo các cạnh. Các borealis cực quang dữ dội có hình dạng giống như dải băng hoặc các nếp gấp của vải, chúng sẽ biến thành các đốm khi mờ dần. Các dải cao vài trăm km nổi bật dọc theo mép dưới trên nền trời tối. Giới hạn trên của cực quang bị mất trên bầu trời.
Những hiện tượng quang học tuyệt đẹp này trong khí quyển vẫn còn giữ bí mật với con người: cơ chế của sự xuất hiện của một số loại phát quang, nguyên nhân gây ra tiếng nổ khi chớp sáng, vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Tuy nhiên, bức tranh chung về sự hình thành của cực quang đã được biết đến ngày nay. Bầu trời phía trên cực bắc và cực nam được tô điểm bằng ánh sáng màu hồng lục khi các hạt tích điện từ gió Mặt trời va chạm với các nguyên tử trong bầu khí quyển trên của Trái đất. Năng lượng thứ hai, là kết quả của sự tương tác, nhận thêm năng lượng và phát ra dưới dạng ánh sáng.
Halo
Mặt trời và mặt trăng thường xuất hiện trước mắt chúng ta được bao quanh bởi một vầng sáng giống như vầng hào quang. Quầng sáng này là một vòng rất dễ nhìn thấy xung quanh nguồn sáng. Trong khí quyển, phần lớn nó được hình thành do các hạt băng nhỏ nhất tạo nên các đám mây ti ở trên cao Trái đất. Tùy thuộc vào hình dạng và kích thước của các tinh thể mà các đặc tính của hiện tượng thay đổi. Thường thì vầng hào quang có dạng một vòng tròn cầu vồng là kết quả của sự phân hủy chùm ánh sáng thành quang phổ.
Một sự đa dạng thú vị của hiện tượng được gọi là parhelion. Kết quả của sự khúc xạ ánh sáng trong các tinh thể băng trênỞ mức độ Mặt trời, hai điểm sáng được hình thành, giống như ánh sáng ban ngày. Trong các biên niên sử lịch sử, người ta có thể tìm thấy những mô tả về hiện tượng này. Trong quá khứ, nó thường được coi là điềm báo của những sự kiện khủng khiếp.
Mirage
Vạch cũng là hiện tượng quang học trong khí quyển. Chúng phát sinh do sự khúc xạ ánh sáng ở ranh giới giữa các lớp không khí có mật độ khác nhau đáng kể. Tài liệu mô tả nhiều trường hợp khi một người du hành trong sa mạc nhìn thấy ốc đảo hoặc thậm chí các thành phố và lâu đài không thể ở gần đó. Thông thường đây là những mirage "thấp hơn". Chúng phát sinh trên một bề mặt phẳng (sa mạc, đường nhựa) và đại diện cho hình ảnh phản chiếu của bầu trời, đối với người quan sát dường như là một vùng nước.
Cái gọi là ảo thuật siêu việt ít phổ biến hơn. Chúng hình thành trên bề mặt lạnh. Các mirage cao cấp là thẳng và đảo ngược, đôi khi chúng kết hợp cả hai vị trí. Đại diện nổi tiếng nhất của các hiện tượng quang học này là Fata Morgana. Đây là một ảo ảnh phức tạp kết hợp nhiều kiểu phản xạ cùng một lúc. Các vật thể trong đời thực xuất hiện trước mắt người quan sát, được phản chiếu nhiều lần và trộn lẫn.
Điện khí quyển
Hiện tượng điện và quang học trong khí quyển thường được đề cập cùng nhau, mặc dù nguyên nhân gây ra chúng là khác nhau. Sự phân cực của các đám mây và sự hình thành của tia sét có liên quan đến các quá trình xảy ra trong tầng đối lưu và tầng điện ly. Phóng tia lửa điện khổng lồ thường được hình thành trong một cơn giông bão. Sét xuất hiện bên trong các đám mây và có thể tấn công mặt đất. Họ đang đe dọa tính mạngcon người, và đây là một trong những lý do khiến giới khoa học quan tâm đến những hiện tượng như vậy. Một số đặc tính của sét vẫn còn là một bí ẩn đối với các nhà nghiên cứu. Ngày nay, nguyên nhân của sét bóng vẫn chưa được biết rõ. Cũng như một số khía cạnh của lý thuyết cực quang và ảo ảnh, các hiện tượng điện tiếp tục gây tò mò cho các nhà khoa học.
Hiện tượng quang học trong khí quyển, được mô tả ngắn gọn trong bài báo, ngày càng trở nên dễ hiểu hơn đối với các nhà vật lý. Đồng thời, họ, giống như tia chớp, không ngừng khiến mọi người kinh ngạc bởi vẻ đẹp, sự bí ẩn và đôi khi là sự vĩ đại của mình.
