A 6è de primària estudia el tema “Fenòmens òptics a l'atmosfera” a l'escola. Tanmateix, no només interessa la ment inquisitiva d'un nen. Els fenòmens òptics de l'atmosfera, d'una banda, combinen l'arc de Sant Martí, el canvi de color del cel durant les sortides i postes de sol, vist més d'una vegada per tothom. D' altra banda, inclouen miratges misteriosos, falses Llunes i Sols, halos impressionants que en el passat van aterrir la gent. El mecanisme de formació d'alguns d'ells encara no està clar fins al final avui dia, però, el principi general pel qual els fenòmens òptics "viuen" a la natura ha estat ben estudiat per la física moderna.
Airshell
L'atmosfera terrestre és una capa formada per una barreja de gasos i que s'estén al voltant de 100 km sobre el nivell del mar. La densitat de la capa d'aire canvia amb la distància a la terra: el seu valor més alt es troba a la superfície del planeta, disminueix amb l'alçada. L'atmosfera no es pot anomenar formació estàtica. Capes de l'embolcall gasósen moviment i barreja constants. Les seves característiques canvien: temperatura, densitat, velocitat de moviment, transparència. Tots aquests matisos afecten els raigs solars que arriben a la superfície del planeta.
Sistema òptic
Els processos que es produeixen a l'atmosfera, així com la seva composició, contribueixen a l'absorció, refracció i reflexió dels raigs de llum. Alguns d'ells arriben a l'objectiu: la superfície terrestre, l' altre es dispersa o es redirigeix cap a l'espai exterior. Com a resultat de la curvatura i la reflexió de la llum, la desintegració d'una part dels raigs en un espectre, etc., es formen diversos fenòmens òptics a l'atmosfera.
Òptica atmosfèrica
En l'època en què la ciència estava en els seus inicis, la gent explicava els fenòmens òptics a partir de les idees predominants sobre l'estructura de l'Univers. L'arc de Sant Martí va connectar el món humà amb el diví, l'aparició de dos falsos Sols al cel va donar testimoni de les catàstrofes que s'acosten. Avui, la majoria dels fenòmens que van espantar els nostres avantpassats llunyans han rebut una explicació científica. L'òptica atmosfèrica es dedica a l'estudi d'aquests fenòmens. Aquesta ciència descriu els fenòmens òptics a l'atmosfera basant-se en les lleis de la física. És capaç d'explicar per què el cel és blau durant el dia, però canvia de color durant la posta de sol i l'alba, com es forma un arc de Sant Martí i d'on provenen els miratges. Nombrosos estudis i experiments actuals permeten comprendre fenòmens òptics a la natura com l'aparició de creus lluminoses, Fata Morgana, halos de l'arc de Sant Martí.
Cel blau
Color del celtan familiar que poques vegades pensem en per què és així. No obstant això, els físics saben bé la resposta. Newton va demostrar que sota determinades condicions un feix de llum es pot descompondre en un espectre. En passar per l'atmosfera, es dispersa millor la part corresponent al color blau. La secció vermella de la radiació visible es caracteritza per una longitud d'ona més llarga i és 16 vegades inferior a la violeta pel que fa al grau de dispersió.
Al mateix temps, veiem el cel no morat, sinó blau. La raó d'això rau en les peculiaritats de l'estructura de la retina i la proporció de parts de l'espectre a la llum solar. Els nostres ulls són més sensibles al blau i la part violeta de l'espectre del sol és menys intensa que el blau.
posta de sol escarlata
Quan la gent va descobrir quina era l'atmosfera, els fenòmens òptics van deixar de ser per a ells evidència o presagi d'esdeveniments terribles. Tanmateix, l'enfocament científic no interfereix amb el plaer estètic de les postes de sol colorides i les sortides suaus. Els vermells i taronges brillants, juntament amb els rosats i els blaus, deixen pas gradualment a la foscor nocturna o la llum del matí. És impossible observar dues sortides o postes de sol idèntiques. I la raó d'això rau en la mateixa mobilitat de les capes atmosfèriques i les condicions meteorològiques canviants.
Durant les postes i sortides de sol, els raigs del sol recorren un camí més llarg cap a la superfície que durant el dia. Com a resultat, el violeta, el blau i el verd difusos van als costats i la llum directa es torna vermella i taronja. Els núvols, la pols o les partícules de gel contribueixen a la imatge de la posta de sol i de l'alba,suspesa en l'aire. La llum es refracta a mesura que els travessa i acoloreix el cel amb una varietat de tons. A la part de l'horitzó oposada al Sol, sovint es pot observar l'anomenat cinturó de Venus, una franja rosa que separa el cel fosc de la nit i el cel blau del dia. El bell fenomen òptic, que porta el nom de la deessa romana de l'amor, és visible abans de l'alba i després de la posta de sol.
Pont de l'Arc de Sant Martí
Potser, cap altre fenomen de llum a l'atmosfera evoca tantes trames mitològiques i imatges de contes de fades com les associades a l'arc de Sant Martí. L'arc o cercle, format per set colors, és conegut per tothom des de la infància. Un bell fenomen atmosfèric que es produeix durant la pluja, quan els raigs del sol travessen les gotes, fascina fins i tot a aquells que n'han estudiat a fons la naturalesa.
I la física de l'arc de Sant Martí avui no és cap secret per a ningú. La llum del sol, refractada per gotes de pluja o boira, es divideix. Com a resultat, l'observador veu set colors de l'espectre, del vermell al violeta. És impossible definir els límits entre ells. Els colors es barregen entre si a través de diversos tons.
Quan observeu un arc de Sant Martí, el sol sempre està darrere de la persona. El centre del somriure d'Irida (com els antics grecs anomenaven l'arc de Sant Martí) es troba en una línia que passa per l'observador i la llum del dia. Un arc de Sant Martí sol aparèixer com un semicercle. La seva mida i forma depenen de la posició del Sol i del punt en què es troba l'observador. Com més alt és la lluminària per sobre de l'horitzó, més baix cau el cercle de possible aparició.arc de Sant Martí. Quan el Sol passa 42º per sobre de l'horitzó, un observador a la superfície de la Terra no pot veure l'arc de Sant Martí. Com més alt sobre el nivell del mar sigui una persona que vulgui admirar el somriure d'Irida, més probabilitats no vegi un arc, sinó un cercle.
Arc de Sant Martí doble, estret i ample
Sovint, juntament amb el principal, es pot veure l'anomenat arc de Sant Martí secundari. Si el primer es forma com a resultat d'un sol reflex de la llum, el segon és el resultat d'una doble reflexió. A més, l'arc de Sant Martí principal es distingeix per un cert ordre de colors: el vermell es troba a l'exterior i el morat a l'interior, que està més a prop de la superfície de la Terra. El "pont" lateral és l'espectre invertit en seqüència: el violeta és a la part superior. Això passa perquè els raigs d'una gota de pluja es reflecteixen a partir d'una reflexió doble en diferents angles.
Els arcs de Sant Martí varien en intensitat i amplada del color. Els més brillants i més aviat estrets apareixen després d'una tempesta d'estiu. Les gotes grans, característiques d'aquesta pluja, donen lloc a un arc de Sant Martí molt visible amb colors diferents. Les petites gotes donen un arc de Sant Martí més borrós i menys notable.
Fenòmens òptics a l'atmosfera: aurora boreal
Un dels fenòmens òptics atmosfèrics més bonics és l'aurora. És característic de tots els planetes amb magnetosfera. A la Terra, les aurores s'observen a altes latituds als dos hemisferis, a les zones circumdantspols magnètics del planeta. Molt sovint, es pot veure un resplendor verdós o blau-verd, de vegades complementat amb flaixos vermells i rosats al llarg de les vores. La intensa aurora boreal té forma de cintes o plecs de tela, que es converteixen en taques quan s'esvaeixen. Les ratlles de diversos centenars de quilòmetres d'alçada destaquen bé al llarg de la vora inferior contra el cel fosc. El límit superior de l'aurora es perd al cel.
Aquests bells fenòmens òptics a l'atmosfera encara mantenen els seus secrets per a la gent: el mecanisme de l'aparició de certs tipus de luminescència, la causa del crepitjat durant els flaixos aguts, no s'ha estudiat del tot. Tanmateix, avui es coneix el panorama general de la formació de les aurores. Els cels per sobre dels pols nord i sud estan adornats amb un resplendor rosa verdós mentre les partícules carregades del vent solar xoquen amb els àtoms de l'atmosfera superior de la Terra. Aquests últims, com a resultat de la interacció, reben energia addicional i l'emeten en forma de llum.
Halo
El sol i la lluna apareixen sovint davant nostre envoltats d'una resplendor que s'assembla a un halo. Aquest halo és un anell molt visible al voltant de la font de llum. A l'atmosfera, la majoria de les vegades es forma a causa de les partícules de gel més petites que formen els núvols cirrus a l' altura de la Terra. Segons la forma i la mida dels cristalls, les característiques del fenomen canvien. Sovint, l'aureola pren la forma d'un cercle de l'arc de Sant Martí com a resultat de la descomposició del feix de llum en un espectre.
Una varietat interessant del fenomen s'anomena parhelió. Com a resultat de la refracció de la llum en els cristalls de gelA l'alçada del Sol, es formen dues taques brillants, semblants a la llum del dia. A les cròniques històriques es poden trobar descripcions d'aquest fenomen. En el passat, sovint es considerava un presagi d'esdeveniments terribles.
Mirage
Els miratges també són fenòmens òptics a l'atmosfera. Sorgeixen com a resultat de la refracció de la llum al límit entre capes d'aire que difereixen significativament en densitat. La literatura descriu molts casos en què un viatger pel desert va veure oasis o fins i tot ciutats i castells que no podien estar a prop. Molt sovint es tracta de miratges "inferiors". Neixen sobre una superfície plana (desert, asf alt) i representen una imatge reflectida del cel, que a l'observador sembla una massa d'aigua.
Els anomenats miratges superiors són menys comuns. Es formen sobre superfícies fredes. Els miratges superiors són rectes i invertits, de vegades combinen ambdues posicions. El representant més famós d'aquests fenòmens òptics és Fata Morgana. Aquest és un miratge complex que combina diversos tipus de reflexions alhora. Els objectes de la vida real apareixen davant de l'observador, reflectits i barrejats repetidament.
Electricitat atmosfèrica
Els fenòmens elèctrics i òptics de l'atmosfera s'esmenten sovint junts, encara que les causes de la seva aparició són diferents. La polarització dels núvols i la formació de llamps s'associen amb processos que tenen lloc a la troposfera i la ionosfera. Les descàrregues d'espurnes gegants solen formar-se durant una tempesta. Els llamps es produeixen dins dels núvols i poden colpejar el terra. Estan en perill de vidapersones, i aquesta és una de les raons de l'interès científic per aquests fenòmens. Algunes propietats dels llamps encara són un misteri per als investigadors. Avui dia, es desconeix la causa del llamp de bola. Igual que amb alguns aspectes de la teoria de l'aurora i el miratge, els fenòmens elèctrics continuen intrigant els científics.
Els fenòmens òptics a l'atmosfera, descrits breument a l'article, són cada dia més comprensibles per als físics. Al mateix temps, ells, com els llamps, no deixen de sorprendre la gent amb la seva bellesa, misteri i, de vegades, grandiositat.
