Zjawiska optyczne w przyrodzie

Tęcza

Tęcza jest jednym z efektywniejszych zjawisk optycznych w atmosferze. Jest to układ łuków o barwach od fioletowej do czerwonej, wywołanych przez światło Słońca lub Księżyca, padające na zespół kropel wody w atmosferze (deszcz, mgła, mżawka). Łuk pierwszy to wynik jednokrotnego, a drugi dwukrotnego odbicia rozszczepionego światła wewnątrz kropli. Tęczę obserwuje się na tle chmur, z których pada deszcz, znajdujących się po przeciwnej stronie nieba niż Słońce. Warunki, przy których obserwuje się typową tęczę mają przeważnie miejsce w przypadku chmur kłębiastych deszczowych. Natężenie światła, szerokość i barwy tęczy wahają się w szerokim przedziale w zależności od rozmiarów kropel. Tęczę obserwuje się również w bryzgach fal morskich, wodospadów i fontann. W tęczy głównej barwa fioletowa występuje po wewnętrznej stronie, a barwa czerwona po zewnętrznej stronie. W tęczy wtórnej, o znaczenie mniejszej jasności od tęczy głównej, czerwona barwa jest od wewnątrz, a fioletowa od zewnątrz. Zjawisko powstaje na skutek rozszczepienia światła białego i odbicia go wewnątrz kropel deszczu.

Gloria

Gloria powstaje na skutek dyfrakcji światła na kroplach wody lub kryształach lodu. Gloria jest podobna do wieńca, jednak powstaje nie dookoła Słońca lub Księżyca, lecz dookoła punktu, położonego po stronie przeciwnej względem tarczy ciała niebieskiego. Zjawisko to występuje na chmurach, położonych na wprost przed obserwatorem albo niżej od niego, tj w górach lub przy obserwacjach z samolotu. Uwaga jeśli chmura lub mgła są dość blisko obserwatora jego cień wydaje się bardzo duży nazywa się to wówczas zjawiskiem BROCKENU nie zależnie od tego czy jest otoczony czy tez nie jest otoczony barwną glorią. Najczęściej występuje przy chmurach średnich. Gloria powstaje z skutek ugięcia się światła uprzednio odbitego od kropelek chmur w tym samym kierunku w jakim na nie padło.

Halo

Halo jest jednym z ciekawszych zjawisk optycznych na niebie i powstaje na skutek załamania światła w chmurze zawierającej kryształki lodu. Występuje jako barwny biały świetlisty pierścień w którego środku znajduje się tarcza Słońca lub Księżyca. Krąg ten ma zwykle słabo widoczne zabarwienie czerwone od wewnątrz i w rzadkich przypadkach fioletowe na zewnątrz. Część nieba wewnątrz kręgu jest wyraźnie ciemniejsza niż na zewnątrz. Tzw. małe halo powstaje przez załamanie na powierzchniach kryształków o kącie łamiącym 60. Duże halo powstaje podczas załamania światła na krawędziach kryształków wzajemnie do siebie prostopadłych. Zjawisko halo występuje przy chmurach typu Cirrus.

Cień i półcień

Światło rozchodzi się po linii prostej pod warunkiem że nie napotka przeszkody o rozmiarach porównywalnych z długością fali. Dlatego też jeśli na drodze promieni świetlnych umieści się przeszkodę to z tyłu za nią utworzy się cień. Jeśli źródło światła ma duże rozmiary liniowe to z tyłu przedmiotu utworzą się obszary cienia i półcienia.

Zaćmienie Słońca i Księżyca

Znając mechanizm powstawania cienia i półcienia można wytłumaczyć zjawiska zaćmienia Słońca i Księżyca. Gdy okrążający Ziemię Księżyc ustawi się pomiędzy Słońcem a Ziemią to przesłoni część promieni wysyłanych przez Słońce. Pewien obszar Ziemie znajdzie się w cieniu Księżyca. Na tym obszarze ludzie zaobserwują całkowite zaćmienie Słońca. Natomiast w obszarze półcienia mieszkańcy zobaczą zaćmienie częściowe. Podobnie jest w przypadku zaćmienia Księżyca. Wtedy jednak promienie słoneczne przesłania Ziemia i nie docierają one do Księżyca ( Księżyc znajduje się w cieniu Ziemi).

Zorza polarna

Zorza polarna jest jednym z najpiękniejszych zjawisk atmosferycznych. Jest ona charakterystyczna dla obszarów arktycznych i antarktycznych. Na ciemnym niebie nad biegunami najczęściej w odległości 20 – 25 stopni od bieguna geometrycznego Ziemie zorza rozświetla niebo tworząc różne formy. Najczęściej SA to świetliste łuki smugi albo pasma jednorodne lub o strukturze promienistej o wyglądzie draperii zasłon lub koron. Zarówno położenie zorzy polarnej na niebie jak i zabarwienie i natężenie świecenia ulegają ciągłym często bardzo szybkim zmianom.

Refleksja światła i miraże

Docierająca na Ziemię światło Słońca, Księżyca, gwiazd czy planet ulega zakrzywieniu w atmosferze ziemskiej, czyli REFRAKCJI. Zakrzywienie jest tym większe im bliżej horyzontu znajduje się świecące ciało niebieskie. Nie występuje dla ciał znajdujących się z zenicie. Na pewno znane jest pojęcie fatamorgany, chociażby z przygodowych filmów. Jest to przykład tzw. MIRAŻU. Rozróżnia się miraże dolne i górne. Miraże dolne obserwuje się pod horyzontem powstają na bardzo rozgrzanych terenach. Miraże górne powstają powyżej linii horyzontu.