La 6e année étudie le sujet "Les phénomènes optiques dans l'atmosphère" à l'école. Cependant, cela n'intéresse pas seulement l'esprit curieux d'un enfant. Les phénomènes optiques dans l'atmosphère, d'une part, combinent l'arc-en-ciel, le changement de couleur du ciel lors des levers et couchers de soleil, vu plus d'une fois par tout le monde. D'autre part, ils comportent de mystérieux mirages, de fausses lunes et de faux soleils, des halos impressionnants qui, par le passé, terrifiaient les gens. Le mécanisme de formation de certains d'entre eux reste incertain jusqu'à la fin aujourd'hui, cependant, le principe général selon lequel les phénomènes optiques "vivent" dans la nature a été bien étudié par la physique moderne.
Coque aérienne
L'atmosphère terrestre est une coquille constituée d'un mélange de gaz et s'étendant sur environ 100 km au-dessus du niveau de la mer. La densité de la couche d'air change avec la distance à la terre: sa valeur la plus élevée est à la surface de la planète, elle diminue avec l' altitude. L'atmosphère ne peut pas être qualifiée de formation statique. Couches de l'enveloppe gazeuseconstamment en mouvement et en mélange. Leurs caractéristiques changent: température, densité, vitesse de déplacement, transparence. Toutes ces nuances affectent les rayons du soleil qui se précipitent à la surface de la planète.
Système optique
Les processus qui se produisent dans l'atmosphère, ainsi que sa composition, contribuent à l'absorption, la réfraction et la réflexion des rayons lumineux. Certains d'entre eux atteignent la cible - la surface de la terre, l'autre est dispersé ou redirigé vers l'espace extra-atmosphérique. En raison de la courbure et de la réflexion de la lumière, de la décomposition d'une partie des rayons en un spectre, etc., divers phénomènes optiques se forment dans l'atmosphère.
Optique atmosphérique
À l'époque où la science en était à ses balbutiements, les gens expliquaient les phénomènes optiques en se basant sur les idées dominantes sur la structure de l'Univers. L'arc-en-ciel reliait le monde humain au divin, l'apparition de deux faux soleils dans le ciel témoignait des catastrophes imminentes. Aujourd'hui, la plupart des phénomènes qui effrayaient nos lointains ancêtres ont reçu une explication scientifique. L'optique atmosphérique est engagée dans l'étude de tels phénomènes. Cette science décrit les phénomènes optiques dans l'atmosphère en se basant sur les lois de la physique. Elle est capable d'expliquer pourquoi le ciel est bleu pendant la journée, mais change de couleur au coucher du soleil et à l'aube, comment se forme un arc-en-ciel et d'où viennent les mirages. De nombreuses études et expériences permettent aujourd'hui de comprendre des phénomènes optiques dans la nature tels que l'apparition de croix lumineuses, Fata Morgana, halos arc-en-ciel.
Ciel bleu
Couleur du cielsi familier que nous pensons rarement pourquoi il en est ainsi. Néanmoins, les physiciens connaissent bien la réponse. Newton a prouvé que sous certaines conditions un faisceau de lumière peut être décomposé en un spectre. Lors du passage dans l'atmosphère, la partie correspondant à la couleur bleue est mieux diffusée. La section rouge du rayonnement visible est caractérisée par une longueur d'onde plus longue et est 16 fois inférieure au violet en termes de degré de diffusion.
En même temps, on voit le ciel non pas violet, mais bleu. La raison en est les particularités de la structure de la rétine et le rapport des parties du spectre à la lumière du soleil. Nos yeux sont plus sensibles au bleu et la partie violette du spectre solaire est moins intense que le bleu.
Coucher de soleil écarlate
Quand les gens ont compris ce qu'est l'atmosphère, les phénomènes optiques ont cessé d'être pour eux une preuve ou un présage d'événements terribles. Cependant, l'approche scientifique n'interfère pas avec le plaisir esthétique des couchers de soleil colorés et des levers de soleil doux. Les rouges et les oranges vifs, ainsi que les roses et les bleus, cèdent progressivement la place à l'obscurité nocturne ou à la lumière du matin. Il est impossible d'observer deux levers ou couchers de soleil identiques. Et la raison en est la même mobilité des couches atmosphériques et les conditions météorologiques changeantes.
Lors des couchers et levers de soleil, les rayons du soleil parcourent un chemin plus long vers la surface que pendant la journée. En conséquence, le violet, le bleu et le vert diffus vont sur les côtés et la lumière directe devient rouge et orange. Les nuages, la poussière ou les particules de glace contribuent à l'image du coucher du soleil et de l'aube,suspendu dans les airs. La lumière est réfractée lorsqu'elle les traverse et colore le ciel dans une variété de nuances. Sur la partie de l'horizon opposée au Soleil, on peut souvent observer la soi-disant ceinture de Vénus - une bande rose qui sépare le ciel nocturne sombre et le ciel bleu du jour. Le magnifique phénomène optique, nommé d'après la déesse romaine de l'amour, est visible avant l'aube et après le coucher du soleil.
Pont arc-en-ciel
Peut-être qu'aucun autre phénomène lumineux dans l'atmosphère n'évoque autant d'intrigues mythologiques et d'images de contes de fées que celles associées à l'arc-en-ciel. L'arc ou le cercle, composé de sept couleurs, est connu de tous depuis l'enfance. Un beau phénomène atmosphérique qui se produit pendant la pluie, lorsque les rayons du soleil traversent les gouttes, fascine même ceux qui ont bien étudié sa nature.
Et la physique de l'arc-en-ciel aujourd'hui n'est un secret pour personne. La lumière du soleil, réfractée par des gouttes de pluie ou de brouillard, se divise. En conséquence, l'observateur voit sept couleurs du spectre, du rouge au violet. Il est impossible de définir les frontières entre eux. Les couleurs se fondent harmonieusement les unes dans les autres à travers plusieurs nuances.
Quand on observe un arc-en-ciel, le soleil est toujours derrière la personne. Le centre du sourire d'Irida (comme les anciens Grecs appelaient l'arc-en-ciel) est situé sur une ligne passant par l'observateur et la lumière du jour. Un arc-en-ciel apparaît généralement comme un demi-cercle. Sa taille et sa forme dépendent de la position du Soleil et du point où se trouve l'observateur. Plus le luminaire est haut au-dessus de l'horizon, plus le cercle d'apparition possible tombe.arcs en ciel. Lorsque le Soleil passe à 42º au-dessus de l'horizon, un observateur à la surface de la Terre ne peut pas voir l'arc-en-ciel. Plus une personne qui veut admirer le sourire d'Irida est élevée au-dessus du niveau de la mer, plus il est probable qu'elle ne verra pas un arc, mais un cercle.
Arc-en-ciel double, étroit et large
Souvent, avec le principal, vous pouvez voir le soi-disant arc-en-ciel secondaire. Si le premier est formé à la suite d'une seule réflexion de la lumière, le second est le résultat d'une double réflexion. De plus, l'arc-en-ciel principal se distingue par un certain ordre de couleurs: le rouge est situé à l'extérieur et le violet à l'intérieur, plus proche de la surface de la Terre. Le côté "pont" est le spectre inversé dans l'ordre: le violet est en haut. Cela se produit parce que les rayons d'une goutte de pluie sont réfléchis par une double réflexion sous différents angles.
Les arcs-en-ciel varient en intensité et en largeur de couleur. Les plus brillants et plutôt étroits apparaissent après un orage d'été. De grosses gouttes, caractéristiques d'une telle pluie, donnent naissance à un arc-en-ciel très visible aux couleurs distinctes. De petites gouttelettes donnent un arc-en-ciel plus flou et moins perceptible.
Phénomènes optiques dans l'atmosphère: aurores boréales
L'un des plus beaux phénomènes optiques atmosphériques est l'aurore. Il est caractéristique de toutes les planètes dotées d'une magnétosphère. Sur Terre, les aurores sont observées aux hautes latitudes des deux hémisphères, dans les zones entourantpôles magnétiques de la planète. Le plus souvent, vous pouvez voir une lueur verdâtre ou bleu-vert, parfois complétée par des éclairs de rouge et de rose le long des bords. Les aurores boréales intenses ont la forme de rubans ou de plis de tissu, qui se transforment en taches lorsqu'ils s'estompent. Des rayures de plusieurs centaines de kilomètres de haut se détachent bien le long du bord inférieur sur le ciel sombre. La limite supérieure de l'aurore se perd dans le ciel.
Ces beaux phénomènes optiques dans l'atmosphère gardent encore leurs secrets pour l'homme: le mécanisme d'apparition de certains types de luminescence, à l'origine de crépitements lors d'éclairs vifs, n'a pas été entièrement étudié. Cependant, le tableau général de la formation des aurores est connu aujourd'hui. Les cieux au-dessus des pôles nord et sud sont ornés d'une lueur rose verdâtre lorsque les particules chargées du vent solaire entrent en collision avec les atomes de la haute atmosphère terrestre. Ces derniers, à la suite de l'interaction, reçoivent de l'énergie supplémentaire et l'émettent sous forme de lumière.
Halo
Le soleil et la lune apparaissent souvent devant nous entourés d'une lueur ressemblant à un halo. Ce halo est un anneau très visible autour de la source lumineuse. Dans l'atmosphère, il se forme le plus souvent à cause des plus petites particules de glace qui composent les cirrus au-dessus de la Terre. Selon la forme et la taille des cristaux, les caractéristiques du phénomène changent. Souvent, le halo prend la forme d'un cercle arc-en-ciel à la suite de la décomposition du faisceau lumineux en un spectre.
Une variété intéressante du phénomène est appelée parhélie. En raison de la réfraction de la lumière dans les cristaux de glace surAu niveau du Soleil, deux points lumineux se forment, ressemblant à une lumière du jour. Dans les chroniques historiques, on peut trouver des descriptions de ce phénomène. Dans le passé, il était souvent considéré comme un signe avant-coureur d'événements terribles.
Mirage
Les mirages sont aussi des phénomènes optiques dans l'atmosphère. Ils résultent de la réfraction de la lumière à la frontière entre des couches d'air dont la densité diffère considérablement. La littérature décrit de nombreux cas où un voyageur dans le désert a vu des oasis ou même des villes et des châteaux qui ne pouvaient pas être à proximité. Il s'agit le plus souvent de mirages "inférieurs". Ils se posent sur une surface plane (désert, asph alte) et représentent une image réfléchie du ciel, qui semble à l'observateur être une étendue d'eau.
Les soi-disant mirages supérieurs sont moins fréquents. Ils se forment sur des surfaces froides. Les mirages supérieurs sont droits et inversés, parfois ils combinent les deux positions. Le représentant le plus célèbre de ces phénomènes optiques est Fata Morgana. Il s'agit d'un mirage complexe qui combine plusieurs types de reflets à la fois. Des objets réels apparaissent devant l'observateur, réfléchis et mélangés à plusieurs reprises.
Électricité atmosphérique
Les phénomènes électriques et optiques dans l'atmosphère sont souvent mentionnés ensemble, bien que les causes de leur apparition soient différentes. La polarisation des nuages et la formation de la foudre sont associées à des processus se produisant dans la troposphère et l'ionosphère. Des décharges d'étincelles géantes se forment généralement pendant un orage. La foudre se produit à l'intérieur des nuages et peut frapper le sol. Ils mettent la vie en dangerles gens, et c'est l'une des raisons de l'intérêt scientifique pour de tels phénomènes. Certaines propriétés de la foudre sont encore un mystère pour les chercheurs. Aujourd'hui, la cause de la foudre en boule est inconnue. Comme pour certains aspects de la théorie des aurores et des mirages, les phénomènes électriques continuent d'intriguer les scientifiques.
Les phénomènes optiques dans l'atmosphère, brièvement décrits dans l'article, deviennent chaque jour de plus en plus compréhensibles pour les physiciens. En même temps, comme la foudre, ils ne cessent d'étonner les gens par leur beauté, leur mystère et parfois leur grandeur.
