6. třída se ve škole učí téma „Optické jevy v atmosféře“. Nezajímá však pouze zvídavou mysl dítěte. Optické jevy v atmosféře na jedné straně spojují duhu, změnu barvy oblohy při východech a západech slunce, viděnou nejednou každým. Na druhou stranu k nim patří tajemné fatamorgány, falešné Měsíce a Slunce, působivá svatozář, která v minulosti lidi děsila. Mechanismus vzniku některých z nich zůstává dnes až do konce nejasný, nicméně obecný princip, podle kterého optické jevy „žijí“v přírodě, byl dobře prozkoumán moderní fyzikou.
Vzduchový plášť
Atmosféra Země je skořápka tvořená směsí plynů a rozprostírající se asi 100 km nad hladinou moře. Hustota vzduchové vrstvy se mění se vzdáleností od Země: její nejvyšší hodnota je na povrchu planety, s výškou klesá. Atmosféru nelze nazvat statickou formací. Vrstvy plynného obaluneustále se pohybovat a míchat. Mění se jejich vlastnosti: teplota, hustota, rychlost pohybu, průhlednost. Všechny tyto nuance ovlivňují sluneční paprsky spěchající na povrch planety.
Optický systém
Procesy probíhající v atmosféře, stejně jako její složení, přispívají k absorpci, lomu a odrazu světelných paprsků. Některé z nich dosáhnou cíle – zemského povrchu, další jsou rozptýleny nebo přesměrovány zpět do vesmíru. V důsledku zakřivení a odrazu světla, rozpadu části paprsků do spektra a tak dále vznikají v atmosféře různé optické jevy.
Atmosférická optika
V době, kdy byla věda v plenkách, lidé vysvětlovali optické jevy na základě převládajících představ o struktuře vesmíru. Duha spojovala lidský svět s božským, objevení se dvou falešných Sluncí na obloze svědčilo o blížících se katastrofách. Dnes se většině jevů, které děsily naše vzdálené předky, dostalo vědeckého vysvětlení. Atmosférická optika se zabývá studiem takových jevů. Tato věda popisuje optické jevy v atmosféře na základě fyzikálních zákonů. Dokáže vysvětlit, proč je obloha přes den modrá, ale během západu a svítání mění barvu, jak vzniká duha a odkud se berou fata morgány. Četné studie a experimenty dnes umožňují porozumět takovým optickým jevům v přírodě, jako je výskyt světelných křížů, Fata Morgana, duhové svatozáře.
Modrá obloha
Barva oblohytak známé, že jen zřídka přemýšlíme o tom, proč tomu tak je. Přesto fyzici odpověď dobře znají. Newton dokázal, že za určitých podmínek lze paprsek světla rozložit na spektrum. Při průchodu atmosférou se lépe rozptyluje část odpovídající modré barvě. Červená část viditelného záření se vyznačuje delší vlnovou délkou a je 16krát nižší než fialová, pokud jde o stupeň rozptylu.
Zároveň nevidíme oblohu fialovou, ale modrou. Důvodem jsou zvláštnosti struktury sítnice a poměr částí spektra ve slunečním světle. Naše oči jsou citlivější na modrou a fialová část slunečního spektra je méně intenzivní než modrá.
Šarlatový západ slunce
Když lidé přišli na to, co je to atmosféra, optické jevy pro ně přestaly být důkazem nebo předzvěstí strašných událostí. Vědecký přístup však nezasahuje do estetického potěšení z barevných západů a jemných východů slunce. Jasně červené a oranžové spolu s růžovými a modrými postupně ustupují noční tmě nebo rannímu světlu. Je nemožné pozorovat dva stejné východy nebo západy slunce. A důvod pro to spočívá ve stejné pohyblivosti atmosférických vrstev a měnících se povětrnostních podmínkách.
Při západech a východech slunce urazí sluneční paprsky k povrchu delší dráhu než ve dne. Výsledkem je, že rozptýlená fialová, modrá a zelená jdou do stran a přímé světlo se změní na červenou a oranžovou. Mraky, prach nebo ledové částice přispívají k obrazu západu a úsvitu,zavěšené ve vzduchu. Světlo se láme, když jimi prochází, a barví oblohu do různých odstínů. Na části obzoru opačné od Slunce lze často pozorovat tzv. Venušin pás - růžový pás, který odděluje tmavou noční oblohu a modrou denní oblohu. Nádherný optický jev, pojmenovaný po římské bohyni lásky, je viditelný před svítáním a po západu slunce.
Duhový most
Snad žádné jiné světelné jevy v atmosféře nevyvolávají tolik mytologických zápletek a pohádkových obrazů jako ty spojené s duhou. Oblouk nebo kruh, skládající se ze sedmi barev, zná každý od dětství. Nádherný atmosférický úkaz, ke kterému dochází při dešti, kdy sluneční paprsky procházejí kapkami, fascinuje i ty, kteří důkladně prostudovali jeho povahu.
A dnešní fyzika duhy není pro nikoho tajemstvím. Sluneční světlo, lámané kapkami deště nebo mlhy, se rozděluje. Výsledkem je, že pozorovatel vidí sedm barev spektra, od červené po fialovou. Není možné mezi nimi vymezit hranice. Barvy do sebe plynule splývají prostřednictvím několika odstínů.
Při pozorování duhy je slunce vždy za člověkem. Střed Iridina úsměvu (jak staří Řekové nazývali duhu) se nachází na linii procházející pozorovatelem a denním světlem. Duha se obvykle jeví jako půlkruh. Jeho velikost a tvar závisí na poloze Slunce a bodu, ve kterém se pozorovatel nachází. Čím výše je svítidlo nad horizontem, tím níže klesá kruh možného vzhledu.duhy. Když Slunce projde 42º nad obzorem, pozorovatel na zemském povrchu nevidí duhu. Čím výše nad mořem je člověk, který chce obdivovat úsměv Iridy, tím je pravděpodobnější, že neuvidí oblouk, ale kruh.
Dvojitá, úzká a široká duha
Často spolu s hlavní můžete vidět takzvanou sekundární duhu. Pokud je první vytvořen jako výsledek jediného odrazu světla, pak druhý je výsledkem dvojitého odrazu. Kromě toho se hlavní duha vyznačuje určitým pořadím barev: červená je umístěna na vnější straně a fialová je uvnitř, což je blíže k povrchu Země. Boční "můstek" je spektrum v obráceném pořadí: fialová je nahoře. K tomu dochází, protože paprsky z dešťové kapky se odrážejí od dvojitého odrazu pod různými úhly.
Duhy se liší intenzitou a šířkou barvy. Nejjasnější a spíše úzké se objevují po letní bouřce. Velké kapky, charakteristické pro takový déšť, dávají vzniknout dobře viditelné duze s výraznými barvami. Malé kapičky vytvářejí rozmazanější a méně nápadnou duhu.
Optické jevy v atmosféře: aurora borealis
Jedním z nejkrásnějších atmosférických optických jevů je polární záře. Je charakteristický pro všechny planety s magnetosférou. Na Zemi jsou polární záře pozorovány ve vysokých zeměpisných šířkách na obou polokoulích, v okolních zónáchmagnetické póly planety. Nejčastěji můžete vidět zelenkavou nebo modrozelenou záři, někdy doplněnou záblesky červené a růžové podél okrajů. Intenzivní polární záře má tvar pásků nebo záhybů látky, které se při vyblednutí mění ve skvrny. Na spodním okraji proti tmavé obloze dobře vystupují pruhy vysoké několik set kilometrů. Horní hranice polární záře je ztracena na obloze.
Tyto krásné optické jevy v atmosféře stále před lidmi tají: mechanismus výskytu určitých typů luminiscence, která je příčinou praskání při ostrých záblescích, není plně prozkoumán. Obecný obraz vzniku polárních září je však dnes znám. Nebe nad severním a jižním pólem zdobí zeleno-růžová záře, když se nabité částice ze slunečního větru srážejí s atomy v horní atmosféře Země. Ten v důsledku interakce přijme další energii a vyzařuje ji ve formě světla.
Halo
Slunce a měsíc se před námi často objevují obklopené záři připomínající svatozář. Toto halo je vysoce viditelný prstenec kolem světelného zdroje. V atmosféře se nejčastěji tvoří díky nejmenším částečkám ledu, které tvoří cirry vysoko nad Zemí. V závislosti na tvaru a velikosti krystalů se mění charakteristika jevu. Halo má často podobu duhového kruhu jako výsledek rozkladu světelného paprsku do spektra.
Zajímavá variace tohoto jevu se nazývá parhelium. V důsledku lomu světla v ledových krystalech naNa úrovni Slunce se tvoří dvě jasné skvrny připomínající denní světlo. V historických kronikách lze nalézt popisy tohoto jevu. V minulosti to bylo často považováno za předzvěst strašných událostí.
Mirage
Mirage jsou také optické jevy v atmosféře. Vznikají jako výsledek lomu světla na rozhraní mezi vrstvami vzduchu, které se výrazně liší hustotou. Literatura popisuje mnoho případů, kdy cestovatel v poušti viděl oázy nebo dokonce města a hrady, které nemohly být poblíž. Nejčastěji se jedná o „nižší“fata morgány. Vznikají nad plochým povrchem (poušť, asf alt) a představují odražený obraz oblohy, která se pozorovateli jeví jako vodní plocha.
Takzvané nadřazené fatamorgány jsou méně časté. Tvoří se na chladných površích. Nadřazené fatamorgány jsou rovné a převrácené, někdy kombinují obě polohy. Nejznámějším představitelem těchto optických jevů je Fata Morgana. Jedná se o komplexní přelud, který kombinuje několik typů odrazů najednou. Objekty skutečného života se objevují před pozorovatelem, opakovaně se odrážejí a míchají.
Atmosférická elektřina
Elektrické a optické jevy v atmosféře jsou často zmiňovány společně, i když příčiny jejich vzniku jsou různé. Polarizace mraků a tvorba blesků jsou spojeny s procesy probíhajícími v troposféře a ionosféře. Obří jiskrové výboje se obvykle tvoří během bouřky. Blesky se vyskytují uvnitř mraků a mohou udeřit do země. Jsou životu nebezpečnélidí, a to je jeden z důvodů vědeckého zájmu o takové jevy. Některé vlastnosti blesku jsou pro výzkumníky stále záhadou. Dnes je příčina kulového blesku neznámá. Stejně jako u některých aspektů teorie polární záře a přeludů, elektrické jevy i nadále přitahují vědce.
Optické jevy v atmosféře, stručně popsané v článku, jsou pro fyziky každým dnem srozumitelnější. Zároveň jako blesk nepřestávají lidi udivovat svou krásou, tajemnem a někdy i velkolepostí.
