Бизин Сергей

Данная работа знакомит учащихся с необычными природными явлениями. Она может быть использована на уроках географии при изучении темы "Атмосфера".

Скачать:

Предварительный просмотр:

Бизин Сергей

Необычные атмосферные явления

Будучи детьми, все мы удивляемся синему небу, белым облакам и ярким звездам. С возрастом у многих это проходит, и мы перестаем замечать природу. Просмотрите этот список необычных природных явлений, наверняка он заставит вас в очередной раз удивиться сложной организации нашего мира, и природных явлений в частности.

1. Лунная радуга.
Радуга , порождаемая Луной . Отличается от солнечной только меньшей яркостью. Имеет тот же радиус, что и солнечная и всегда находится на противоположной от Луны стороне неба. Лунная радуга намного более редкое явление, чем радуга, которую видно при дневном освещении. Она может появиться только в местах с повышенной влажностью и только тогда, когда Луна почти полная.

2. Миражи
Несмотря на свою распространенность, миражи всегда вызывают почти мистическое чувство удивления. Это оптическое явление в атмосфере : отражение света границей между резко различными по плотности слоями воздуха. Для наблюдателя такое отражение заключается в том, что вместе с отдалённым объектом (или участком неба) видно его мнимое изображение, смещённое относительно предмета.

3. Гало
Светящееся кольцо вокруг объекта - источника света . Обычно гало возникают при повышенной влажности или сильном морозе - раньше гало считалось явлением свыше, и народ ожидал чего-то необычного.

4. Пояс Венеры
Выглядит, как полоса от розового до оранжевого цвета между тёмным ночным небом внизу и голубым небом вверху, появляющаяся перед восходом или после заката. В поясе Венеры атмосфера рассеивает свет заходящего (или восходящего) Солнца, которое выглядит более красным, поэтому и получается розовый цвет, а не синий.

5. Жемчужные облака
Необычайно высоко находящиеся облака (около 10-12 км), становящиеся видимыми при заходе Солнца. Состоят, по-видимому, из кристалликов льда или переохлаждённых капель воды.

6. Северное сияние.
Свечение верхних слоёв атмосфер ы. Появляется при столкновении высокоэнергетических элементарных частиц при столкновении с ионосферой Земли.

7. Цветная Луна
При запыленности атмосферы, повышенной влажности или по другим причинам, Луна иногда выглядит окрашенной. Особенно необычна красная и синяя Луна. Как красную так и синюю Луну особо часто наблюдают, когда она находится вблизи горизонта.

8. Двояковыпуклые облака
Чрезвычайно редкое явление, появляющееся в основном перед ураганом. Называются еще Mammatus clouds. Облака "Mammatus clouds" были так названы из-за их формы, напоминающей отвислые мешочки в виде грудных желез (как вымя у коровы).
Вообще, известно, что облака могут предсказывать будущее. Перед Второй мировой войной несколько раз были в небе видения, изображающие раненных на носилках, перебинтованных людей, идущих куда-то вдаль. Слышалась стрельба, стоны, падали ядра. В народе предполагали скорую войну, но эти мнения никто не учитывал.

9. Огни святого Эльма.

Довольно распространенное явление, вызываемое повышенной напряженностью электрического поля перед грозой, во время грозы и сразу после. Первыми свидетелями этого явления были моряки, наблюдавшие огни святого Эльма на мачтах и других вертикальных заостренных предметах.

10. Огненные вихри.
Огненный вихрь также известен как огненный дьявол или огненный торнадо. Это редкий феномен, при котором огонь в определенных условиях, зависящих от температуры и потоков воздуха, приобретает вертикальную завихренность. Огненные вихри часто появляются, когда горят кусты. Вертикально вращающиеся столбы могут достигать от 10 до 65 метров в высоту, но только последние несколько минут своего существования. А при определенном ветре могут быть еще выше. Частенько образуются при пожарах - могут возникать и над горящими стогами сена.

11. Грибовидные облака.
Облака дыма в форме гриба, сформировавшиеся в результате соединения мельчайших частиц воды и земли, или в результате мощного взрыва. Также образуются над местами с повышенной температурой - над лесными пожарами, например.

12. Световые столбы.
Природа этих явлений схожа с условиями, вызывающих появление гало. Это атмосферное явление , которое представляет собой вертикальную полосу света, тянущуюся от солнца во время его заката или восхода .

13. Алмазная пыль.
Замороженные капельки воды, рассеивающие свет Солнца.

14. Рыбные дожди.
Одна из гипотез, обьясняющих появления таких дождей - смерч, высасывающий близлежащие водоемы, и переносяще их содержимое на большие расстояния.

15. Вирга.
Вирга - дождь, который испаряется, не достигая земли. Наблюдается в виде заметной полосы осадков, выходящей из-под облака. Испарение обычно происходит из-за нагревания вызываемого сжатием воздуха...

16. Бора.
Сильный холодный порывистый местный ветер , возникающий в случае, когда поток холодного воздуха встречает на своём пути возвышенность; преодолев препятствие, бора с огромной силой обрушивается на побережье.

17. Огненная радуга.
Один из видов гало , редкий оптический эффект в атмосфере . Возникает при прохождении солнечных лучей через высоко находящиеся перистые облака.

18. Зеленый луч.
Вспышка зелёного света. Чрезвычайно редкое явление, возникающее при закате или восходе Солнца.

19. Шаровая молния.
Светящийся плавающий в воздухе шар, уникально редкое природное явление. Существование шаровой молнии не подтверждено официальной наукой, до сих пор она не была зарегистрирована научной аппаратурой. Существует много гипотез, объясняющих происхождение этих явлений, но ни одна пока не доказана.

20. Асператус - редкий тип облаков , имеющий необычный и устрашающий вид. Предполагается, что эти облака стали сравнительно часто появляться именно в начале XXI века , или даже что это новый тип облаков. Несмотря на грозный вид, облака асператус не сопровождаются ураганом или грозой. На 2013 год асператус остаётся малоизученным типом облаков.

Наука

Земная атмосфера - источник поразительных и удивительных явлений. В древние времена атмосферные феномены считали проявлением божьей воли, сегодня кто-то принимает их за инопланетных пришельцев . В наши дни ученые раскрыли многие тайны природы, в том числе и оптических явлений.

В этой статье мы расскажем вам об удивительных природных феноменах, некоторые из них очень красивы, другие - смертельно опасны, но все они являются неотъемлемой частью нашей планеты.

Атмосферные явления

1. Лунная радуга

Лунная радуга, также известная под названием ночная радуга - явление, порожденное Луной. Всегда находится на противоположной стороне неба от Луны. Для появления лунной радуги, небо должно быть темным и дождь должен идти на противоположной от луны стороне (кроме тех радуг, которые вызваны водопадом). Лучше всего такую радугу видно при фазе Луны близкой к полнолунию. Лунная радуга бледнее и тоньше обычной солнечной. Но и явление это более редкое.

2. Кольцо Бишопа

Кольцо Бишопа - коричнево-красный круг вокруг Солнца, возникающий во время и после извержения вулканов. Свет преломляется на вулканических газах и пыли. Небо внутри кольца становится светлым с голубым оттенком. Этот атмосферный феномен был открыт Эдвардом Бишопом в 1883 году, после знаменитого извержения вулкана Кракатау.

3. Гало

Гало - оптический феномен, светящиеся кольцо вокруг источника света, обычно Солнца и Луны. Существуют множество типов гало и вызваны они преимущественно ледяными кристаллами в перистых облаках на высоте 5-10 км в верхних слоях атмосферы. Иногда свет сквозь них преломляется настолько странно, что возникают так называемые ложные солнца, в древности, считавшиеся дурным предзнаменованием.

4. Пояс Венеры

Пояс Венеры - атмосферное оптическое явление. Выглядит как полоса от розового до оранжевого цвета между темным ночным небом внизу и голубым вверху. Появляется перед восходом или после заката и проходит параллельно горизонту в противоположной стороне от Солнца.

5. Серебристые облака

Серебристые облака - это самые высокие облака в атмосфере и редкое природное явление. Образуются они на высоте 70-95 км. Наблюдать серебристые облака можно лишь в летние месяцы. В северном полушарии в июне-июле, в южном полушарии в конце декабря - начале января. Время появление таких облаков - вечерние и предвечерние сумерки.

6. Северное сияние

Северное сияние, полярное сияние (Aurora Borealis) - внезапное появление цветных огней в ночном небе, обычно зеленых. Вызвано взаимодействием заряженных частиц, прилетающих из космоса и вступающих во взаимодействие с атомами и молекулами воздуха в верхних слоях земной атмосферы. Полярное сияние наблюдается преимущественно в высоких широтах обоих полушарий в овальных зонах - поясах, окружающих магнитные пояса Земли.

7. Цветная Луна

Сама по себе Луна не излучает свет. То, что мы видим, является лишь отражением солнечных лучей от ее поверхности. Из-за изменения состава атмосферы, Луна меняет привычный нам цвет на красный, оранжевый, зеленый или голубой. Самый редкий цвет Луны - синий. Обычно он возникает из-за пепла в атмосфере.

8. Облака Мамматус

Облака Мамматус - одна из разновидностей кучевых облаков, имеющих ячеистую структуру. Встречаются редко, преимущественно в тропических широтах, и связаны с образованием тропических циклонов. Мамматусы расположены под основным кластером мощных кучевых облаков. Цвет их обычно серо-голубой, но из-за попадания прямых лучей Солнца или подсветки других облаков могут казаться золотистыми или красноватыми.

9. Огненная радуга

Огненная радуга - один из видов гало, представляющий собой появление горизонтальной радуги, на фоне легких, высоко расположенных облаков. Этот редкий погодный феномен образуется, когда свет, проходя через перистые облака, преломляется через плоские кристаллы льда. Лучи входят через вертикальную боковую стенку шестиугольного кристалла, выходя из нижней горизонтальной стороны. Редкость феномена объясняется тем, что кристаллы льда в облаке должны быть ориентированы горизонтально для преломления солнечных лучей.

10. Алмазная пыль

Алмазная пыль - это твердые осадки в виде мельчайших ледяных кристаллов, парящих в воздухе, образующиеся в морозную погоду. Алмазная пыль обычно образуется при ясном или почти ясном небе и напоминает туман. Однако в отличии от тумана, состоит не из капель воды, а из кристаллов льда и в редких случаях незначительно снижает видимость. Наиболее часто это явление можно наблюдать в Арктике и Антарктике, но может быть в любом месте при температуре воздуха -10, -15.

11. Зодиакальный свет

Зодиакальный свет - слабое свечение неба, видимое в тропиках в любое время года, простирающиеся вдоль эклиптики, т.е. в области Зодиака. Это результат рассеивания солнечного света в скоплениях пыли в области вращения Земли вокруг Солнца. Его можно наблюдать либо вечером над западной частью горизонта, либо под утро над восточной. Оно имеет вид конуса, сужающегося с удалением от горизонта, постепенно теряющего яркость и переходящего в зодиакальную полосу.

12. Солнечные столбы

Иногда во время заката или восхода можно увидеть вертикальную полосу света, тянущуюся от солнца. Солнечные столбы образуются в результате отражения солнечных лучей от плоских кристаллов льда в атмосфере Земли. Обычно столбы образуются благодаря солнцу, однако источником света может стать Луна и искусственные источники освещения.

Опасные природные явления

13. Огненный смерч

Огненный смерч или торнадо - редкое природное явление. Для его образования необходимо несколько крупных пожаров, а также сильный ветер. Далее, эти несколько пожаров объединяются и получается огромный костер. Скорость вращения воздуха внутри торнадо свыше 400 км/ч, а температура доходит до 1000 градусов Цельсия. Главная опасность такого пожара заключается в том, что он не прекратится пока не сожжет все на своём пути.

14. Мираж

Мираж - это природное явление, в результате которого появляются мнимые изображения различных предметов. Происходит это из-за преломления потоков света на границе между резко различными по плотности и температуре слоями воздуха. Миражи делятся на верхние - видимые над объектом, нижние - видимые под объектом, и боковые.

Редко встречающиеся сложное оптическое явление, состоящее из нескольких форм миражей, при котором отдаленные объекты видны многократно и с разнообразными искажениями называется Фата Моргана. Часто жертвами миражей оказываются путники в пустыне Эль-эр-Рави. Перед людьми, в близи, предстают оазисы, до которых в действительности 700 км.

Язык проекта:

Исследование

Цель

Рассказать про мало известные атмосферные явления.

Оборудование и материалы

• Фотоаппарат
• Картинки из интернета

Зачем в исследовании нужны материалы других участников

Для того чтобы совместными усилиями поведать всем про самые необычные атмосферные явления.

Протокол проведения исследования

1)Молнии Кататумбо:

Молнии Кататумбо - природное явление, возникающее над местом впадения реки Кататумбо в озеро Маракайбо (Южная Америка). Феномен выражается в возникновении свечения на высоте около пяти километров без сопровождающихся акустических эффектов.Молнии появляются почти каждой ночью (до 200 дней в году) и длятся около 10 часов в сутки. В сумме получается около 1,5 миллиона разрядов в год.

Молнии видно с расстояния до 400 километров. Их даже использовали для навигации, из-за чего явление также известно под названием «Маяк Маракайбо ».

Считается, что молнии Кататумбо являются крупнейшим одиночным генератором тропосферного озона на Земле, Молнии Кататумбо каждый год вырабатывают электричества более 1 млн. вольт. Ветра, приходящие со стороны Анд, вызывают грозы. Метан, которым богата атмосфера этих заболоченных мест, поднимается к облакам, подпитывая разряды молний.

2)Гало:

Гало - оптический феномен, светящееся кольцо вокруг источника света. Гало обычно появляется вокруг Солнца или Луны, иногда вокруг других мощных источников света, таких как уличные огни и д.р. Существует множество типов гало и вызваны они преимущественно ледяными кристаллами в перистых облаках на высоте 5-10 км в верхних слоях тропосферы. Вид гало зависит от формы и расположения кристаллов.

3) Огненная и Лунная радуга:

Огненная радуга - относительно редкий оптический эффект в атмосфере, выражающийся в возникновении горизонтальной радуги, локализованной на фоне лёгких, высоко расположенных перистых облаков.

Лунная радуга (также известная как ночная радуга ) - радуга, порождаемая Луной. Отличается от солнечной радуги только меньшей яркостью, всегда находится на противоположной от Луны стороне неба.

Удивительные факты о радуге:

1) Радугу редко можно увидеть в полдень.

2)Два человека не могут видеть одну и ту же радугу.

3) Мы никогда не сможем достичь конца радуги.

4)Мы не можем видеть все цвета радуги.

4)Огни святого Эльма :

Огни святого Эльма - разряд в форме светящихся окружностей, возникающий на острых концах высоких предметов (башни, мачты, одиноко стоящих деревьях, острых вершинах скал и т.п.). Название явление получило от имени святого Эльма (Эразма) - покровителя моряков в католицизме. Морякам их появление сулило надежду на успех, а во время опасности - и на спасение.

5)Необычайные облака:

Серебристые

Серебристые облака - сравнительно редкое атмосферное явление, возникающие в мезосфере на высоте 75-85 км над поверхностью Земли и видимые лишь в глубоких сумерках.

Перламутровые

Перламутровые облака - образующиеся в небе на больших высотах (около 20-30 км) и состоящие из кристалликов льда или переохлаждённых капель воды. Это тонкие, просвечивающие облака. Наблюдаются они сравнительно редко, непосредственно после захода или перед восходом Солнца. Днём на фоне яркого рассеянного света они становятся невидимыми.

Вымеобразные

Вымеобразные или трубчатые облака - облака, основание которых имеет специфическую ячеистую форму. Встречаются редко, преимущественно в тропических широтах, и связаны с образованием тропических циклонов. Ячейки обычно имеют размер около полу километра, чаще всего резко очерчены, но бывают и с размытыми краями. Их цвет обычно серо-голубой, как и у основного облака, но из-за попадания прямых лучей Солнца или подсветки от других облаков, могут казаться золотистыми или красноватыми.

Лентикулярные

Лентикулярные (линзовидные) облака - образуются на гребнях воздушных волн или между двумя слоями воздуха. Характерной особенностью этих облаков является то, что они не двигаются, сколь бы ни был силён ветер.

Утренняя глория

Утренняя глория - редкое метеорологическое явление, вид облаков, наблюдаемый на севере Австралии. Облака представляют собой грозовой воротник высотой от 1 до 2 км, зачастую находящийся всего в 100-200 метрах над землёй (но обычно выше), который может достигать 1000 км в длину и перемещаться со скоростью до 60 км/ч. «Утренняя глория» часто сопровождается шквалами, сдвигом ветра и скачком давления на поверхности. Впереди облака происходит быстрое вертикальное движение, которое перемещает воздух вверх и «закручивает» облако, а в середине и задней части облака воздух опускается вниз.

Undulatus asperatus

Undulatus asperatus (волнисто-бугристые) - редкий тип облаков, имеющий необычный и устрашающий вид. В 2009 году он был предложен к включению в общую классификацию облаков как отдельный вид. Предполагается, что эти облака стали сравнительно часто появляться именно в начале XXI века. Несмотря на грозный вид, облака асператус не сопровождаются ураганом или грозой. На 2015 год асператус остаётся малоизученным типом облаков.

6)Перистые завитки Кельвина-Гельмгольца:

Перистые завитки Кельвина-Гельмгольца - Появляются, как стройные, горизонтальные спиралевидныем завитки и выглядят просто нарисованными. Э то одно из наиболее редко встречающихся в природе формирований облаков. Продолжительность их «жизни» равна одной-двум минутам, именно поэтому увидеть их воочию - большая удача. Образуются на высоте приблизительно 5000 метров.

7) Вирга:

Вирга - это дождь, который испаряется, не достигая земли. Наблюдается в виде заметной полосы осадков, выходящей из-под облака. Испарение обычно происходит из-за нагревания вызываемого сжатием воздуха, поскольку давление увеличивается ближе к поверхности земли. Это явление очень распространено в пустынях и в умеренных широтах.

8)Пояс Венеры:

Пояс Венеры - атмосферное оптическое явление, названное в честь пояса Афродиты из античной мифологии. Выглядит как полоса от розового до оранжевого цвета между тёмным ночным небом внизу и голубым небом вверху. Появляется перед восходом или после заката и проходит параллельно горизонту.

В школе изучает тему «Оптические явления в атмосфере» 6 класс. Однако она представляет интерес не только для пытливого детского ума. в атмосфере, с одной стороны, объединяют радугу, изменение цвета неба во время рассветов и закатов, не раз виденные всеми. С другой - в их число входят таинственные миражи, ложные Луны и Солнца, впечатляющие гало, в прошлом наводившие ужас на людей. Механизм образования некоторых из них до конца остается непонятным и сегодня, однако общий принцип, по которому «живут» оптические явления в природе, современная физика хорошо изучила.

Воздушная оболочка

Атмосфера Земли представляет собой оболочку, состоящую из смеси газов и простирающуюся примерно на 100 км над уровнем моря. Плотность воздушного слоя меняется по мере удаления от земли: наибольшее ее значение у поверхности планеты, с высотой оно уменьшается. Атмосферу нельзя назвать статичным формированием. Слои газовой оболочки постоянно двигаются, перемешиваются. Меняются их характеристики: температура, плотность, скорость перемещения, прозрачность. Все эти нюансы оказывают влияние на солнечные лучи, устремляющиеся к поверхности планеты.

Оптическая система

Процессы, происходящие в атмосфере, а также ее состав способствуют поглощению, преломлению и отражению световых лучей. Часть их достигает цели — земной поверхности, другая рассеивается или же перенаправляется обратно в космическое пространство. В результате искривления и распада части лучей на спектр и так далее образуются разнообразные оптические явления в атмосфере.

Атмосферная оптика

Во времена, когда наука только зарождалась, люди объясняли оптические явления исходя из сложившихся представлений об устройстве Вселенной. Радуга соединяла человеческий мир с божественным, появление на небе двух ложных Солнц свидетельствовало о приближающихся катастрофах. Сегодня большинство феноменов, пугавших наших далеких предков, получило научное объяснение. Изучением подобных феноменов занимается атмосферная оптика. Оптические явления в атмосфере эта наука описывает, основываясь на законах физики. Она способна объяснить, днем, а во время захода и рассвета меняет цвет, как образуется радуга и откуда берутся миражи. Многочисленные исследования и эксперименты сегодня позволяют понять такие оптические явления в природе, как появление светящихся крестов, Фата-моргана, радужные гало.

Синее небо

Цвет неба настолько привычен, что мы редко задумываемся, почему он такой. Тем не менее физикам ответ хорошо известен. Ньютон доказал, что при определенных условиях раскладывается на спектр. При прохождении атмосферы его часть, соответствующая синему цвету, рассеивается лучше. Красный участок характеризуется большей длинной волны и уступает фиолетовому по степени рассеивания в 16 раз.

При этом небо мы видим не фиолетовым, а голубым. Причина этого кроется в особенностях устройства сетчатки и соотношении участков спектра в солнечном свете. Наши глаза более чувствительны к синему, а фиолетовый участок в спектре светила менее интенсивный, чем синий.

Алый закат

Когда люди разобрались, оптические явления перестали быть для них свидетельством или предзнаменованием грозных событий. Однако научный подход не мешает получать от красочных закатов и нежных рассветов. Яркие красные и оранжевые цвета вместе с розовым и голубым постепенно уступают ночной темноте или утреннему свету. Невозможно наблюдать два одинаковых рассвета или заката. А причина этого кроется во все той же подвижности атмосферных слоев и смене погодных условий.

Во время закатов и рассветов солнечные лучи преодолевают более длинный путь до поверхности, чем днем. В результате рассеянный фиолетовый, синий и зеленый уходят в стороны, а прямой свет окрашивается в красный и оранжевый. Свою лепту в картину заката и рассвета вносят облака, пыль или частички льда, взвешенные в воздухе. Свет преломляется, проходя через них, и окрашивает небо в самые разные оттенки. На противоположном от Солнца участке горизонта нередко можно наблюдать так называемый Пояс Венеры — розовую полосу, разделяющую ночное темное небо и голубое дневное. Красивое оптическое явление, названное в честь римской богини любви, видно перед рассветом и после заката.

Радужный мост

Пожалуй, никакие другие световые явления в атмосфере не вызывают в памяти столько мифологических сюжетов и сказочных образов, сколько связаны с радугой. Дуга или окружность, состоящая из семи цветов, каждому известна с детства. Красивое атмосферное явление, возникающее во время дождя, когда солнечные лучи проходят сквозь капли, завораживает даже тех, кто досконально изучил его природу.

А физика радуги сегодня ни для кого не секрет. Солнечный свет, преломляясь каплями дождя или тумана, расщепляется. В результате наблюдатель видит семь цветов спектра, от красного до фиолетового. Границы между ними определить невозможно. Цвета плавно переходят друг в друга через несколько оттенков.

При наблюдении радуги солнце всегда располагается за спиной человека. Центр улыбки Ириды (так называли радугу древние греки) располагается на линии, проходящей через наблюдателя и дневное светило. Обычно радуга предстает в виде полуокружности. Ее размер и форма зависят от положения Солнца и точки, в которой находится наблюдатель. Чем выше светило над горизонтом, тем ниже опускается окружность возможного появления радуги. Когда Солнце преодолевает отметку в 42º над горизонтом, наблюдатель на поверхности Земли не может увидеть радугу. Чем выше над уровнем моря располагается человек, желающий полюбоваться улыбкой Ириды, тем вероятнее, что он увидит не дугу, но окружность.

Двойная, узкая и широкая радуга

Нередко вместе с основной можно увидеть так называемую побочную радугу. Если первая образуется в результате однократного отражения света, то вторая является результатом двойного. Кроме того, основная радуга отличается определенным порядком цветов: красный располагается на внешней стороне, а фиолетовый — на внутренней, которая ближе к поверхности Земли. Побочный же «мостик» представляет собой обратный по последовательности спектр: фиолетовый оказывается вверху. Происходит так потому, что при двойном отражении из капли дождя лучи выходят под другими углами.

Радуги различаются по интенсивности цвета и ширине. Самые яркие и довольно узкие появляются после летней грозы. Большие капли, характерные для такого дождя, рождают хорошо заметную радугу с отчетливо различимыми цветами. Малые капли дают более расплывчатую и менее заметную радугу.

Оптические явления в атмосфере: полярное сияние

Одно из самых красивых атмосферных оптических явлений — полярное сияние. Оно характерно для всех планет, обладающих магнитосферой. На Земле полярные сияния наблюдаются в высоких широтах обоих полушарий, в зонах, окружающих магнитные полюса планеты. Чаще всего можно видеть зеленоватое или сине-зеленое свечение, иногда дополненное по краям всполохами красного и розового. Интенсивное полярное сияние по форме напоминает ленты или складки ткани, при затухании превращающиеся в пятна. Полосы высотой в несколько сотен километров хорошо выделяются по нижнему краю на фоне темного неба. Верхняя граница полярного сияния теряется в вышине.

Эти красивые оптические явления в атмосфере еще хранят свои тайны от людей: до конца не изучен механизм возникновения некоторых видов свечения, причина возникающего во время резких всполохов треска. Однако общая картина формирования полярных сияний сегодня известна. Небо над северным и южным полюсами украшается зеленовато-розовым свечением, когда заряженные частицы солнечного ветра сталкиваются с атомами верхних слоев земной атмосферы. Последние в результате взаимодействия получают дополнительную энергию и испускают ее в виде света.

Гало

Солнце и Луна нередко предстают перед нами окруженные свечением, напоминающим нимб. Это гало — хорошо заметное кольцо вокруг источника света. В атмосфере чаще всего оно образуется благодаря мельчайшим частичкам льда, составляющим высоко над Землей. В зависимости от формы и размеров кристаллов меняются характеристики явления. Часто гало приобретает вид радужного круга в результате разложения светового луча на спектр.

Интересная разновидность явления носит название паргелий. В результате преломления света в кристаллах льда на уровне Солнца образуется два светлых пятна, напоминающих дневное светило. В исторических хрониках можно встретить описания этого феномена. В прошлом оно часто считалось предвестником грозных событий.

Мираж

Миражи — это тоже оптические явления в атмосфере. Они возникают в результате преломления света на границе между значительно различающимися по плотности слоями воздуха. В литературе описано множество случаев, когда путник в пустыне видел оазисы или даже города и замки, которых быть поблизости не могло. Чаще всего это «нижние» миражи. Они возникают над ровной поверхностью (пустыня, асфальт) и представляют собой отраженное изображение неба, кажущееся наблюдателю водоемом.

Так называемые верхние миражи встречаются реже. Они образуются над холодной поверхностью. Верхние миражи бывают прямыми и перевернутыми, иногда совмещают оба положения. Самым известным представителем этих оптических феноменов является Фата-моргана. Это сложный мираж, совмещающий сразу несколько типов отражений. Перед наблюдателем предстают реально существующие объекты, многократно отраженные и перемешенные.

Атмосферное электричество

Электрические и оптические явления в атмосфере нередко упоминаются вместе, хотя причины их возникновения различны. Поляризация облаков и образование молний связаны с процессами, протекающими в тропосфере и ионосфере. Гигантские искровые разряды формируются обычно во время грозы. Молнии возникают внутри облаков, могут ударять в землю. Они являются угрозой для жизни людей, и это одна из причин научного интереса к подобным явлениям. Некоторые свойства молний до сих пор остаются загадкой для исследователей. Сегодня неизвестна причина возникновения шаровых молний. Как и в случае с некоторыми аспектами теории полярных сияний и миражей, электрические феномены продолжают интриговать ученых.

Оптические явления в атмосфере, кратко описанные в статье, с каждым днем становятся все более понятными для физиков. При этом они, как и молнии, не перестают восхищать людей своей красотой, таинственностью и порой грандиозностью.

Огни Святого Эльма и миражи, полярное сияние и радуга, небесные венцы и ореолы… Эти и другие атмосферные явления на протяжении многих столетий оставались для людей загадкой, чудесной и пугающей, которую часто толковали как знамение.

В настоящее время все эти явления получили научное объяснение. Например, миражи. При необычном распределении плотности в нижних слоях воздуха может происходить аномальная рефракция (преломление) света. В этом случае кроме реальных предметов видны также мнимые их изображения - миражи. Многие путешественники становились их жертвами. Миражи бывают разные, в зависимости от того, в каком направлении увеличивается или уменьшается плотность воздуха. Пустынный мираж - это так называемый нижний мираж. Он возникает, когда над раскаленной поверхностью в результате интенсивных восходящих движений плотность воздуха в приземном слое с высотой начинает возрастать. Тогда траектория луча оказывается выпуклой вниз, и изображение дальнего предмета может быть видно ниже его реального положения, причем вверх ногами. В давние времена путники, для того чтобы убедиться, видят ли они мираж или реальные предметы, разжигали костер: если в пустыне было хотя бы небольшое движение воздуха, то стелющийся по земле дым быстро разгонял мираж. Существуют боковые и верхние миражи. Верхние миражи чаше возникают в полярных районах.

Изображения далеких предметов кажутся иногда колеблющимися. Лучше всего это видно ночью, мерцающие звезды меняют яркость, а иногда и цвет. Происходит это из-за того, что температура перемещающегося воздуха и его плотность изменяются в атмосфере, благодаря чему меняется показатель преломления воздуха.

Часто такое происходит в результате усиления ветра в слое под тропопаузой, поэтому мерцание звезд может служить признаком надвигающейся смены погоды.

Голубой цвет неба тоже не случаен. Это результат рассеяния солнечного света на молекулах газа, которые в силу своего размера из всего солнечного спектра лучше рассеивают голубые лучи. Чем безоблачнее и чище от примесей небо, тем более голубой цвет оно имеет, поскольку голубые лучи, многократно рассеянные молекулами газа, начинают преобладать над остальными. Синими в морозный солнечный день видятся тени на снегу, освещенные рассеянным светом неба. На фоне далеких черных гор освещенный солнцем воздух тоже кажется голубоватым. С высотой уменьшается количество рассеивающих частиц, цвет неба становится темнее, переходя постепенно к густо-фиолетовому и черному.

Диск Солнца нам видится желтым. Это объясняется тем, что энергия разных длин волн видимого излучения Солнца по мере прохождения сквозь уменьшается неравномерно. Быстрее всего это происходит у наиболее коротких волн - синих и фиолетовых. Чем длиннее путь света через атмосферу, тем больше его рассеяние. Поэтому, чем ниже Солнце стоит над , чем больше толща атмосферы, через которую проходят солнечные лучи, «теряя» короткие волны, тем более желтым оно нам видится. Если в воздухе много пыли или капель и кристаллов, то у горизонта цвет Солнца может приближаться к красному. Удивительны цвета зари - от золотисто-желтого до пурпурного. Заря - совокупность световых явлений, связанных с восходом или закатом Солнца. Заря - это сложное сочетание процессов рассеяния, преломления, дифракции лучей солнечного света в различных . Краски зари и их интенсивность зависят от содержания частиц пыли и в атмосфере. При сильных вулканических извержениях в атмосферу попадает огромное количество пыли и пепла. Такие частицы усиливают рассеяние солнечного света и обусловливают необычайно яркие зори. Примером может служить Кракатау () в 1883 г., когда огромные массы вулканического пепла были подняты на высоту свыше 50 км. Воздушными течениями они были разнесены по всему земному шару и больше года вызывали аномально светлые и продолжительные зори. В части небосвода, противоположной закату Солнца, наблюдается противозаря. Там также происходит смена цветовых тонов от пурпурных до фиолетовых. С наступлением сумерек в этой части небосвода появляется тень Земли серо-голубого цвета. На темном небе, после окончания или перед началом астрономических сумерек, можно наблюдать явление зодиакального света. Это нежное сияние над невидимым Солнцем в форме наклонного конуса, направленного по эклиптике. Предполагают, что зодиакальный свет - результат рассеяния солнечного света космической (метеорной) пылью.

Явление «зеленого луча» объясняется рефракцией - преломлением света. Увидеть «зеленый луч» считается хорошей приметой. «Зеленый луч» - кратковременная вспышка зеленого цвета на верхней границе солнечного диска. Это явление наблюдается при восходе или заходе Солнца и объясняется атмосферной рефракцией, которая как бы приподнимает светило над горизонтом. С уменьшением длины волны влияние рефракции усиливается, поэтому получается, что «зеленое» Солнце заходит чуть позже «красного» и мы видим «зеленый луч». Радуга - цветная дуга с центром в точке, противоположной Солнцу. Радуга появляется на фоне дождя или дождевого облака. Радуг может быть несколько. Внешняя часть главной радуги (радиусом 42°) имеет красный цвет, за ним следуют оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Над главной радугой бывает и вторая, с обратным расположением цветов. Явление радуги объясняется преломлением света в сравнительно крупных каплях воды.

Гало - светлые, преимущественно окрашенные круги или дуги, светлые столбы или пятна около Солнца или Луны. Гало возникает в случаях, когда преломление света происходит не в каплях, а в кристаллах льда, находящихся, например, в перисто-слоистых облаках. Чаще всего наблюдается гало с угловым радиусом 22° - светлый круг вокруг диска Солнца или Луны. С внутренней стороны гало имеет наиболее яркую окраску и может приобретать красноватый оттенок, переходящий к внешнему краю в желтый и голубоватый, а затем в белесый, сливаясь с окраской неба. Реже бывает виден больший круг с угловым радиусом 46°. Иногда возникает также и белый горизонтальный круг, зачастую охватывающий все небо. На его пересечении с вертикальным малым кругом могут появляться ложные солнца и луны.

Венцы (называемые также ореолом) могут наблюдаться вокруг Солнца или Луны в полупрозрачных облаках (высококучевых или высокослоистых). Эти светлые круги, яснее всего в которых различимы красный и зеленый цвета, примыкают близко к диску светила. Венцы могут располагаться в виде нескольких вложенных друг в друга колец. Такое оптическое явление вызвано дифракцией (от лат. diffractus - разломанный) света на мельчайших капельках воды облаков или туманов. Это явление может наблюдаться и при искусственных источниках света.

Цветной венец может образоваться вокруг тени, отбрасываемой самолетом на нижележащие облака, или тени человека на росистом лугу. Такую разновидность венцов называют глория. «Броккенским призраком» (по имени горы Броккен в Саксонии) прозвали глорию, возникшую вокруг тени головы наблюдателя на близкой поверхности облачной гряды или на стене (это чаще всего происходит в горах). Искажение расстояния до тени дает эффект гигантской призрачной фигуры, вокруг головы которой могут возникать цветные кольца.

Полярное сияние - эффектное, со сполохами свечение неба. Оно нередко наблюдается в высоких широтах Северного и Южного полушарий. Полярное сияние возникает благодаря люминесценции (свечению) разреженного воздуха на высотах от нескольких десятков до сотен километров. В период возмущений магнитного поля Земли заряженные частицы (электроны и протоны), движущиеся вдоль магнитных силовых линий, вторгаются в атмосферу, опускаясь до высот 100 - 150 км. Там они начинают сталкиваться с атомами и молекулами атмосферного газа, которые, возбуждаясь, в свою очередь излучают свет. Полярное сияние наблюдается одновременно в обоих полушариях на всех долготах в полосе шириной около 100 км и меньше. Наиболее частая повторяемость этого явления зафиксирована в полосе 20 - 25° от полюсов. Именно здесь магнитные силовые линии входят в атмосферу. Бывают и исключения. Так, в 1872 г. жители города Переславля наблюдали необыкновенное полыхающее небо.

Быстрые изменения окраски, интенсивности и положения полярного сияния создают неповторимые по красоте картины, бегущие по небу. Формы полярного сияния разнообразны - дуги, лучи, ленты, короны и общее свечение. Наиболее часто полярное сияние окрашено в голубовато-белые или желто-зеленые тона, реже в красные и фиолетовые. Его продолжительность может составлять от десятков минут до нескольких суток.

Огни святого Эльма - еще одно явление, связанное с электрическими свойствами атмосферы. Оно во все времена пугало суеверных моряков, а это всего лишь разряды в виде светящихся пучков, которые возникают на острых концах высоких предметов (мачт, башен и т. д.) при очень большой напряженности электрического поля в атмосфере (при , пыльных бурях). Это «странное» явления периодически наблюдалось в грозовую погоду в виде свечения над средневековыми башнями церкви Святого Эльма, отсюда и получило свое название «огни Святого Эльма». В древние времена возникающее вокруг башен и корабельных мачт свечение в виде пучков часто принимали за недобрый знак судьбы.

Шаровая молния - это светящийся шар диаметром в десятки сантиметров. Он перемещается вместе с движением воздуха и может взрываться при соприкосновении с наземными предметами. По некоторым предположениям, источник зарождения шаровой молнии - раскаленный канал обычной молнии, а ее состав - неустойчивые соединения азота и кислорода, на образование которых требуются большие затраты энергии. При охлаждении до некоторой критической температуры вещество шаровой молнии мгновенно распадается на азот и кислород с выделением поглощенной энергии, в результате чего происходит взрыв.