Презентація "Незвичні світлові явища природи"

Будучи дітьми, всі ми дивуємось синьому небу, білим хмарам і яскравим зіркам. З віком у багатьох це проходить, і ми перестаємо помічати природу. Цей список незвичайних природних явищ, неодмінно змусить вас в котрий раз здивуватись складній організації нашого світу, і явищ природи зокрема.

Жителі Великобританії стали свідками рідкісного явища, яке вони називають «усмішкою на небі».    Усього кілька хвилин веселка висіла «догори ногами» над Англією. Але винахідливі британці встигли сфотографувати унікальний феномен, характерний для Північного і Південного полюсів.    На відміну від традиційної веселки, «усмішка на небі» з'являється на чистому небосхилі, без дощових хмар. Промені сонця повинні висвітлювати під певним кутом тонку, схожу на серпанок, завісу хмар на висоті 7 - 8 тисяч метрів. На подібній висоті перисті хмари складаються з малесеньких кристалів льоду. І коли опуклі хмари з крижаних кристалів потрапляють під сонячні промені - світло відбивається в атмосферу, а людям вдається побачити барвисте явище.    

   Перевернута веселка набагато яскравіша від звичайної, а кольори розташовані у зворотному порядку - від фіолетового до червоного. Але як тільки порядок з кристалів порушується, барвистий ефект пропадає, і «усмішка на небі» розчиняється.

Веселка (також Райдуга) – оптичне явище в атмосфері, що уявляє собою одну, дві чи декілька різнокольорових дуг, що спостерігаються на фоні хмари, якщо вона розташована напроти Сонця. Червоний колір ми бачимо із зовнішнього боку веселки, а фіолетовий – з її центральної частини. Чим ближче буде Сонце до горизонту, тим повніша веселка. Коли Сонце буде біля зеніту, веселка не спостерігається. В око спостерігача потрапляють лише ті розкладені промені, які утворюють із напрямком «Сонце – спостерігач» цілком певний кут – близько 42ћ

Перша спроба пояснити народження веселки з наукових позицій закінчилася дуже сумно. Автор рукопису про її походження, архієпископ Антоніо Домініс, в 1611 році був заточений у в’язницю, де і помер в очікуванні своєї страти. Інквізиція засудила допитливого священика до смерті за те, що його теорія цього прекрасного явища природи суперечила біблійному тлумаченню. Але вже через 26 років Рене Декарт, французький філософ, фізіолог, математик і фізик, пов’язав її виникнення із законами заломлення і відбивання сонячного світла в краплях падаючого дощу.

Ми майже звикли до звичайної веселки. Але нічна веселка набагато більш рідкісне явище, ніж веселка денна. Вона може з'явитись лише тоді, коли Місяць повний або майже повний - саме в цей час він буває найяскравішим. І все одно його яскравості недостатньо - місячна веселка значно блідніша за звичайну. Це пояснюється тим, що Місяць відбиває від Сонця менше світла, ніж випромінює саме Сонце.

Для появи місячної веселки, за винятком тих, які викликані водоспадом, Місяць має знаходитись невисоко в небі (менше ніж 42 градуси і бажано ще нижче) і небо має бути темним. І звичайно ж навпроти Місяця повинен йти дощ. Шукати місячну веселку потрібно на протилежній від Місяця стороні неба. Феномен місячної веселки спостерігається лише в кількох місцях у світі. Наприклад, на території Йосемітського національного парку (США) знаходиться велика кількість водоспадів, тому тут можна спостерігати місячні веселки, особливо при весняному підвищенні рівня води від талого снігу. Але, ймовірно, при достатньо сильному тумані і ясній погоді, нічну веселку можна спостерігати на будь-яких широтах.

Фото зроблено на мосту золоті ворота в Сан-Франциско. Невеликий розмір повітряних крапель води робить неможливим розкладання сонячних променів на спектри кольорів, тому веселка тільки білого кольору.

Рідкісне атмосферне явище ще відоме як «вогняна веселка» виникає при ламанні горизонтальних сонячних променів сонця що сходить або заходить через горизонтально розташовані кристалики льоду хмар . У результаті виходить свого роду стіна, пофарбована в різні кольори веселки. Фото зроблено в небі Вашингтона в 2006 році.

Сонячні промені відбиваються від атмосферних крапельок води над морем, тінь посеред райдужного кола з відображених променів – це тінь літака.

Незважаючи на свою поширеність, міражі завжди викликають майже містичне відчуття подиву. Але міраж - це лише оптичне явище в атмосфері: відбиття світла стиком між різко різними за щільністю шарами повітря. Для спостерігача таке відбиття полягає в тому, що разом з віддаленим об'єктом (або ділянкою неба) видно його зміщене уявне зображення. Міражі бувають нижні, видимі під об'єктом, верхні, - над об'єктом, і бічні.

Складні явища міражу з різким спотворенням вигляду предметів носять назву Фата-моргана. Існують також об'ємні міражі - в горах дуже рідко, за збігу певних умов, можна побачити «спотвореного себе» на досить близькій відстані. Пояснюється це явище наявністю в повітрі «стоячих» парів води.

Особливо дивовижні міражі наддалекого бачення. К. Фламмарион в своїй книзі “Атмосфера” описує приклад подібного міражу: “Спираючись на свідоцтва декількох осіб, я можу повідомити про міраж, який бачили в місті Верв’ю (Бельгія) в червні 1815 р. Одного разу вранці жителі міста побачили в небі військо, і так ясно, що можна було розрізнити костюми артилеристів і навіть, наприклад, гармату із зламаним колесом, яке ось-ось відвалиться. Це був ранок битви при Ватерлоо!” Описаний міраж зображений у вигляді кольорової акварелі одним з очевидців. Відстань від Ватерлоо до Верв’ю по прямій лінії складає більш 100км.

Нижній міраж спостерігається при дуже великому вертикальному градієнті температури (падінні її з висотою) над перегрітою рівною поверхнею, часто пустелею або асфальтованою дорогою. Уявне зображення неба створює при цьому ілюзію води на поверхні. Так, прямуюча вдалечінь дорога в жаркий літній день здається мокрою. Верхній міраж спостерігається над холодною земною поверхнею при інверсійному розподілі температури (зростає з її висотою).

Зазвичай гало виникають при підвищеній вологості або лютому морозі - раніше гало вважалося явищем згори, і люди чекали чогось незвичайного. Але гало, це лише ще один оптичний феномен. Він являє собою сяюче кільце навколо об'єкта - джерела світла. Існує безліч типів гало, але викликані вони переважно крижаними кристалами в перистих хмарах на висоті 5-10 км у верхніх шарах тропосфери. Вигляд кожного конкретного гало залежить від форми і розташування кристалів.

Гало зазвичай з'являється навколо Сонця чи Місяця, іноді навколо інших потужних джерел світла, таких як вуличні вогні. Відбите і заломлене крижаними кристалами світло нерідко розкладається в спектр, що робить гало схожим на веселку. Іноді в морозну погоду гало утворюється кристалами дуже близько до земної поверхні. В цьому випадку кристали нагадують сяючі коштовні камені.

Цікаве оптичне явище, яке виникає за умови запиленої атмосфери - незвичайний «пояс» між небом та горизонтом. Виглядає пояс Венери, як смуга від рожевого до помаранчевого кольору між темним нічним небом внизу і блакитним небом вгорі. З'являється він перед сходом або після заходу в місці, протилежному Сонцю. Пояс Венери можна спостерігати будь-де, але потрібно, щоб небо біля горизонту було чистим. Власне, в поясі Венери атмосфера розсіює сонячне світло, яке під час світанків та заходів Сонця виглядає більш червоним, тому й виходить рожевий колір, а не синій.

Загадкове полярне сяйво - це люмінесценція (світіння) верхніх шарів атмосфер всіх планет, які мають магнітосферу, внаслідок їх взаємодії з зарядженими частинками сонячного вітру. У нас на Землі полярні сяйва спостерігаються переважно у високих широтах обох півкуль в овальних зонах-поясах, які оточують магнітні полюси планети. Полярні сяйва навесні та восени виникають помітно частіше, ніж взимку чи влітку. Пік частотності доводиться на періоди, найближчі до весняного і осіннього рівнодення.

В спектрі полярних сяйв Землі найбільш інтенсивне випромінювання основних компонентів атмосфери - азоту та кисню. Світіння кисню дає зелений та червоний кольори, азоту - фіолетовий та зелений. При спостереженні з поверхні Землі полярне сяйво проявляється у вигляді мінливого світіння неба або рухомих променів, смуг, корон, «завіс». Тривалість полярних сяйв становить від десятків хвилин до кількох діб.

Ілюзія Місяця («місячна ілюзія») - оптична ілюзія, при якій розмір Місяця, коли той знаходиться низько над горизонтом, здається в кілька разів більшим у порівнянні з тим, як він сприймається при знаходженні високо в небі (в зеніті), хоча проекції Місяця на сітківку ока в обох випадках рівні між собою. Ілюзія виникає також при спостереженнях Сонця, планет та сузір'їв. Широко поширена помилкова думка, яка полягає в тому, що більший розмір Місяця над горизонтом пояснюється ефектом збільшення, який створюється атмосферою Землі.

Однак, на розмір Місяця атмосфера ніяк не впливає, а лише змінює його колір. Насправді ж «місячна ілюзія» це лише особливість людського сприйняття. Найпростіший спосіб продемонструвати ілюзорність ефекту - це потримати невеликий об'єкт (наприклад, монетку) на витягнутій руці, прикривши при цьому одне око. Порівнюючи розмір об'єкта з великим Місяцем у горизонту і з маленьким Місяцем в небі, можна побачити, що відносний розмір не змінюється. Можна також зробити з аркуша паперу трубу і дивитися через неї тільки на Місяць, без оточуючих об'єктів - ілюзія зникне.

Природа цих явищ схожа з умовами, які викликають появу гало. Власне, світові стовпи - один з найчастіших видів гало. Світловий, або сонячний, стовп являє собою вертикальну смугу світла, яка тягнеться від Сонця під час заходу або сходу.

Явище виникає, коли сонячне світло відбивається від поверхонь дрібних крижаних кристалів, які являють собою завислі у повітрі крижані пластинки або стрижні з шестикутним перетином. При падінні в повітрі ці кристали прагнуть зайняти горизонтальну позицію, і вигляд світлового стовпа залежить від їх взаємного розташування.

Такі кристали утворюються у високих перистих хмарах, найчастіше в перисто-шаруватих. При низьких температурах подібні кристали також можуть утворюватись і в більш низьких шарах атмосфери. Тому, світлові стовпи частіше спостерігаються в холодну пору року. Світлові стовпи нерідко формуються навколо Місяця, міських вогнів і інших яскравих джерел світла. Стовпи, викликані низько розташованими джерелами світла, зазвичай набагато довші, ніж сонячні або місячні стовпи.

Зелений промінь - рідкісне оптичне явище, спалах зеленого світла в момент зникнення сонячного диска за горизонтом або появи його з-за обрію. Для спостереження зеленого променя необхідні три умови: відкритий горизонт (в степу або на морі за відсутності хвиль), чисте повітря і вільна від хмар сторона горизонту, де відбувається захід або схід Сонця.

Фізика цього явища полягає в тому, що заломлення сонячних променів в атмосфері супроводжується їх дисперсією, тобто розкладанням в спектр. В результаті накладання кольорових променів від окремих точок сонячного диска центральна частина його залишиться білою (а точніше, за рахунок розсіювання весь диск стає червоним) і лише верхній та нижній краї диска стають відповідно синьо-зеленим та помаранчево-червоним. Але оскільки ці смужки дуже тонкі, а наше світило яскраве, побачити їх вдається лише тоді, коли яскрава частина знаходиться за горизонтом.

Власне, коли Сонце занурюється за горизонт, останнім променем ми мали б побачити фіолетовий. Однак короткохвильові промені - фіолетові, сині, блакитні - на довгому шляху в атмосфері настільки сильно розсіюються, що не доходять до земної поверхні. Крім того, до променів цієї частоти спектра око людини менш чутливе. Саме тому останній промінь сідаючого Сонця має яскравий смарагдовий колір.

Ймовірно, найзагадковіше природне явище зі всіх перелічених. Перш за все тому, що куляста блискавка - виключно рідкісне природне явище, єдиної фізичної теорії виникнення і перебігу якого досі не представлено. Існує близько 200 теорій, які пояснюють явище кулястої блискавки, але жодна з них не отримала абсолютного визнання в науковому товаристві. До того ж, вивчення явища значно ускладнюють сумніви в достовірності свідчень непідготовлених до проведення спостережень випадкових очевидців.

Широко поширена думка, що куляста блискавка - природне явище електричного походження, тобто являється особливого виду блискавкою, яка існує тривалий час і має форму кулі. При чому куля ця здатна переміщатись по непередбачуваній, іноді дивній для очевидців траєкторії.

Куляста блискавка переважно з'являється в грозову погоду. Часто, але не обов'язково, поряд зі звичайними блискавками. Проте існує багато свідчень її появи в сонячну погоду. Найчастіше вона як би «виходить» з провідника або породжується звичайними блискавками, інколи спускається з хмар, в рідких випадках - несподівано з'являється в повітрі або, як повідомляють очевидці, може вийти з будь-якого предмета (дерево, стовп).

Першими свідками цього явища були моряки, які спостерігали вогні святого Ельма на щоглах та інших загострених предметах. Вогні святого Ельма являють собою розряд у формі пучків або китиць (або коронний розряд), який виникає на гострих кінцях високих предметів (вежі, щогли, поодинокі дерева, гострі вершини скель тощо) при великій напруженості електричного поля в атмосфері.

Це досить поширене явище, яке спостерігається під час грози, а також перед і відразу після неї. Свою назву явище отримало від імені святого Ельма (Еразма) - покровителя моряків у католицькій релігії. Вважалось, що поява вогнів святого Ельма обіцяла морякам надію на успіх, а під час небезпеки - і на порятунок.

Зодіакальне світло дуже часто маскує місячне світло і штучне світло міст. У тиху безмісячну ніч на природі ймовірність того, що ви побачите зодіакальне світло, досить висока. Це явище спостерігається в результаті відображення сонячних променів від частинок космічного пилу навколо Землі.

Це явище спостерігається туманним ранком. Райдужний сонячний диск з’являється навпроти сонця, в результаті відображення сонячних променів від крапельок води туману. Цікава трикутна тінь, розриває райдужний диск відображених сонячних променів не що інше як проекція верхньої поверхні хмар.

Промені призахідного сонця під прямим кутом «натикаються» на крапельки води хмар. У результаті дифракції (огинання сонячними променями крапельок води) і інтерференції сонячних променів (розкладання сонячних променів на спектри), як в Photoshop, фігура хмари заливається градієнтною заливкою.

Наочна демонстрація обертання Землі. Це явище непомітно звичайним оком. Щоб отримати таку фотографію необхідно поставити фотоапарат на довгу витримку. На знімку тільки єдина Полярна зірка, розташована практично над віссю Землі, залишається майже нерухомою.

Сонячні промені відбиваються від кристаликів льоду, розташованих під кутом 22° по відношенню до Сонця у висотних хмарах. Різне становище кристаликів льоду може викликати модифікації ореолу. У морозні дні може спостерігатися ефект «алмазний пил», в цьому випадку сонячні промені багаторазово відбиваються від кристаликів льоду.