მე-6 კლასი სკოლაში სწავლობს თემაზე „ოპტიკური ფენომენები ატმოსფეროში“. თუმცა, ის საინტერესოა არა მხოლოდ ბავშვის ცნობისმოყვარე გონებისთვის. ოპტიკური ფენომენები ატმოსფეროში, ერთის მხრივ, აერთიანებს ცისარტყელას, ცის ფერის ცვლილებას მზის ამოსვლისა და მზის ჩასვლის დროს, რომელიც ყველას ერთზე მეტჯერ ხედავს. მეორეს მხრივ, მათში შედის იდუმალი მირაჟები, ცრუ მთვარეები და მზეები, შთამბეჭდავი ჰალოები, რომლებიც წარსულში აშინებდა ხალხს. ზოგიერთი მათგანის ფორმირების მექანიზმი დღეს ბოლომდე გაურკვეველია, თუმცა, ზოგადი პრინციპი, რომლითაც ბუნებაში ოპტიკური ფენომენები „ცხოვრობენ“კარგად არის შესწავლილი თანამედროვე ფიზიკის მიერ.
საჰაერო ჭურვი
დედამიწის ატმოსფერო არის გარსი, რომელიც შედგება გაზების ნარევისგან და ვრცელდება ზღვის დონიდან დაახლოებით 100 კმ-ზე. ჰაერის ფენის სიმკვრივე იცვლება დედამიწიდან დაშორებით: მისი ყველაზე მაღალი მნიშვნელობა პლანეტის ზედაპირზეა, სიმაღლესთან ერთად მცირდება. ატმოსფეროს არ შეიძლება ეწოდოს სტატიკური წარმონაქმნი. აირისებრი კონვერტის ფენებიმუდმივად მოძრაობა და შერევა. იცვლება მათი მახასიათებლები: ტემპერატურა, სიმკვრივე, მოძრაობის სიჩქარე, გამჭვირვალობა. ყველა ეს ნიუანსი გავლენას ახდენს მზის სხივებზე, რომლებიც ჩქარობენ პლანეტის ზედაპირზე.
ოპტიკური სისტემა
ატმოსფეროში მიმდინარე პროცესები, ისევე როგორც მისი შემადგენლობა, ხელს უწყობს სინათლის სხივების შეწოვას, გარდატეხას და ასახვას. ზოგიერთი მათგანი აღწევს მიზანს - დედამიწის ზედაპირს, მეორე კი მიმოფანტულია ან გადამისამართებულია უკან კოსმოსში. სინათლის გამრუდების და არეკვლის, სხივების ნაწილის სპექტრად დაშლის და ა.შ. ატმოსფეროში წარმოიქმნება სხვადასხვა ოპტიკური ფენომენი.
ატმოსფერული ოპტიკა
იმ დროს, როდესაც მეცნიერება ადრეულ ეტაპზე იყო, ადამიანები ხსნიდნენ ოპტიკურ ფენომენებს სამყაროს სტრუქტურის შესახებ გაბატონებული იდეების საფუძველზე. ცისარტყელა აკავშირებდა ადამიანურ სამყაროს ღვთაებრივთან, ცაზე ორი ცრუ მზის გამოჩენა მოწმობდა მოახლოებულ კატასტროფებზე. დღესდღეობით, ფენომენების უმეტესობამ, რომელიც აშინებდა ჩვენს შორეულ წინაპრებს, მეცნიერული ახსნა მიიღო. ატმოსფერული ოპტიკა დაკავებულია ასეთი ფენომენების შესწავლით. ეს მეცნიერება აღწერს ოპტიკურ მოვლენებს ატმოსფეროში, ფიზიკის კანონების საფუძველზე. მას შეუძლია ახსნას, თუ რატომ არის ცა ცისფერი დღის განმავლობაში, მაგრამ იცვლის ფერს მზის ჩასვლისა და გამთენიისას, როგორ იქმნება ცისარტყელა და საიდან მოდის მირაჟები. მრავალი კვლევა და ექსპერიმენტი დღეს შესაძლებელს ხდის ბუნებაში ისეთი ოპტიკური ფენომენების გაგებას, როგორიცაა მანათობელი ჯვრების გამოჩენა, ფატა მორგანა, ცისარტყელას ჰალოები.
ლურჯი ცა
ცის ფერიიმდენად ნაცნობი, რომ იშვიათად ვფიქრობთ იმაზე, თუ რატომ არის ასე. ამის მიუხედავად, ფიზიკოსებმა პასუხი კარგად იციან. ნიუტონმა დაამტკიცა, რომ გარკვეულ პირობებში სინათლის სხივი შეიძლება დაიშალოს სპექტრად. ატმოსფეროში გავლისას უკეთესად იფანტება ლურჯი ფერის შესაბამისი ნაწილი. ხილული გამოსხივების წითელი მონაკვეთი ხასიათდება უფრო გრძელი ტალღის სიგრძით და 16-ჯერ ჩამოუვარდება იისფერს გაფანტვის ხარისხით.
ამავდროულად, ჩვენ ვხედავთ ცას არა მეწამული, არამედ ლურჯი. ამის მიზეზი მდგომარეობს ბადურის სტრუქტურის თავისებურებებში და სპექტრის ნაწილების თანაფარდობაში მზის შუქზე. ჩვენი თვალები უფრო მგრძნობიარეა ლურჯის მიმართ და მზის სპექტრის იისფერი ნაწილი ნაკლებად ინტენსიურია ვიდრე ლურჯი.
ალისფერი მზის ჩასვლა
როდესაც ადამიანებმა გააცნობიერეს რა არის ატმოსფერო, ოპტიკურმა ფენომენებმა შეწყვიტეს მათთვის მტკიცებულება ან საშინელი მოვლენების ნიშანი. თუმცა, სამეცნიერო მიდგომა ხელს არ უშლის ესთეტიკურ სიამოვნებას ფერადი მზის ჩასვლისა და ნაზი მზის ამოსვლისგან. კაშკაშა წითელი და ნარინჯისფერი, ვარდისფერთან და ლურჯთან ერთად, თანდათან ადგილს უთმობს ღამის სიბნელეს ან დილის სინათლეს. შეუძლებელია ორი იდენტური მზის ამოსვლა ან ჩასვლა. და ამის მიზეზი მდგომარეობს ატმოსფერული ფენების იგივე მობილურობაში და ამინდის პირობების შეცვლაში.
მზის ჩასვლისა და ამოსვლისას, მზის სხივები ზედაპირზე უფრო დიდ გზას გადის, ვიდრე დღის განმავლობაში. შედეგად, დიფუზური იისფერი, ლურჯი და მწვანე მიდის გვერდებზე, ხოლო პირდაპირი შუქი წითელ და ნარინჯისფერ ხდება. ღრუბლები, მტვერი ან ყინულის ნაწილაკები ხელს უწყობენ მზის ჩასვლისა და გამთენიის სურათს,შეჩერებულია ჰაერში. სინათლე ირღვევა მათში გავლისას და აფერადებს ცას სხვადასხვა ფერებში. მზისგან მოპირდაპირე ჰორიზონტის ნაწილზე ხშირად შეიძლება დავაკვირდეთ ეგრეთ წოდებულ ვენერას სარტყელს - ვარდისფერ ზოლს, რომელიც ჰყოფს ღამის ბნელ ცას და დღის ცისფერ ცას. ულამაზესი ოპტიკური ფენომენი, რომელიც რომაული სიყვარულის ქალღმერთის სახელს ატარებს, ჩანს გათენებამდე და მზის ჩასვლის შემდეგ.
Rainbow Bridge
შესაძლოა, ატმოსფეროში არცერთი სხვა მსუბუქი მოვლენა არ იწვევს იმდენ მითოლოგიურ შეთქმულებასა და ზღაპრულ სურათს, როგორც ცისარტყელასთან ასოცირებულს. რკალი ან წრე, რომელიც შედგება შვიდი ფერისგან, ყველასთვის ცნობილია ბავშვობიდან. მშვენიერი ატმოსფერული ფენომენი, რომელიც ხდება წვიმის დროს, როდესაც მზის სხივები წვეთებში გადის, ხიბლავს მათაც კი, ვინც საფუძვლიანად შეისწავლა მისი ბუნება.
და ცისარტყელის ფიზიკა დღეს არავისთვის არ არის საიდუმლო. წვიმის ან ნისლის წვეთებით გარდატეხილი მზის შუქი იშლება. შედეგად, დამკვირვებელი ხედავს სპექტრის შვიდ ფერს, წითელიდან იისფერამდე. მათ შორის საზღვრების დადგენა შეუძლებელია. ფერები შეუფერხებლად ერწყმის ერთმანეთს რამდენიმე ჩრდილის მეშვეობით.
ცისარტყელაზე დაკვირვებისას მზე ყოველთვის დგას ადამიანის უკან. ირიდას ღიმილის ცენტრი (როგორც ძველი ბერძნები უწოდებდნენ ცისარტყელას) მდებარეობს დამკვირვებლისა და დღის სინათლეზე გამავალ ხაზზე. ცისარტყელა ჩვეულებრივ ჩანს ნახევარწრიულად. მისი ზომა და ფორმა დამოკიდებულია მზის პოზიციაზე და იმ წერტილზე, სადაც დამკვირვებელი მდებარეობს. რაც უფრო მაღალია სანათი ჰორიზონტის ზემოთ, მით უფრო დაბალია შესაძლო გარეგნობის წრე.ცისარტყელა. როდესაც მზე ჰორიზონტზე 42º-ით გადის, დედამიწის ზედაპირზე დამკვირვებელი ვერ ხედავს ცისარტყელას. რაც უფრო მაღალია ზღვის დონიდან ადამიანი, რომელსაც სურს ირიდას ღიმილით აღფრთოვანება, მით უფრო დიდია ალბათობა იმისა, რომ ის დაინახავს არა რკალს, არამედ წრეს.
ორმაგი, ვიწრო და ფართო ცისარტყელა
ხშირად, მთავართან ერთად, შეგიძლიათ ნახოთ მეორეხარისხოვანი ცისარტყელა ე.წ. თუ პირველი წარმოიქმნება სინათლის ერთჯერადი არეკვლის შედეგად, მაშინ მეორე არის ორმაგი არეკვლის შედეგი. გარდა ამისა, მთავარი ცისარტყელა ფერების გარკვეული თანმიმდევრობით გამოირჩევა: წითელი მდებარეობს გარედან, იასამნისფერი კი შიგნით, რომელიც უფრო ახლოს არის დედამიწის ზედაპირთან. გვერდითი "ხიდი" არის სპექტრი, რომელიც შებრუნებულია თანმიმდევრობით: იისფერი არის ზედა. ეს ხდება იმის გამო, რომ წვიმის წვეთიდან სხივები აირეკლება ორმაგი ანარეკლიდან სხვადასხვა კუთხით.
ცისარტყელა განსხვავდება ფერის ინტენსივობითა და სიგანეში. ყველაზე კაშკაშა და საკმაოდ ვიწრო ჩნდება ზაფხულის ჭექა-ქუხილის შემდეგ. ასეთი წვიმისთვის დამახასიათებელი დიდი წვეთები წარმოშობს ძლიერ თვალსაჩინო ცისარტყელას მკაფიო ფერებით. პატარა წვეთები იძლევა უფრო ბუნდოვან და ნაკლებად შესამჩნევ ცისარტყელას.
ოპტიკური ფენომენები ატმოსფეროში: aurora borealis
ერთ-ერთი ულამაზესი ატმოსფერული ოპტიკური ფენომენი არის ავრორა. დამახასიათებელია მაგნიტოსფეროს მქონე ყველა პლანეტისთვის. დედამიწაზე ავრორა შეინიშნება მაღალ განედებზე ორივე ნახევარსფეროში, მიმდებარე ზონებშიპლანეტის მაგნიტური პოლუსები. ყველაზე ხშირად, შეგიძლიათ იხილოთ მომწვანო ან ლურჯ-მომწვანო ბზინვარება, რომელსაც ზოგჯერ ემატება წითელი და ვარდისფერი ციმციმები კიდეების გასწვრივ. ინტენსიური aurora borealis ფორმის ლენტები ან ნაკეცები ქსოვილი, რომელიც გადაიქცევა ლაქები როდესაც ქრებოდა. რამდენიმე ასეული კილომეტრის სიმაღლის ზოლები კარგად გამოირჩევა ქვედა კიდის გასწვრივ ბნელი ცის წინააღმდეგ. ავრორას ზედა ზღვარი იკარგება ცაში.
ატმოსფეროში ეს მშვენიერი ოპტიკური ფენომენი ჯერ კიდევ ინახავს საიდუმლოებას ხალხისგან: გარკვეული ტიპის ლუმინესცენციის წარმოქმნის მექანიზმი, მკვეთრი ციმციმის დროს ხრაშუნის მიზეზი, ბოლომდე არ არის შესწავლილი. თუმცა, დღეს ცნობილია ავრორას ფორმირების ზოგადი სურათი. ჩრდილოეთ და სამხრეთ პოლუსების ზემოთ ცას ამშვენებს მომწვანო-ვარდისფერი ელვარება, რადგან მზის ქარის დამუხტული ნაწილაკები დედამიწის ზედა ატმოსფეროში არსებულ ატომებს ეჯახება. ეს უკანასკნელნი ურთიერთქმედების შედეგად იღებენ დამატებით ენერგიას და ასხივებენ სინათლის სახით.
ჰალო
მზე და მთვარე ხშირად ჩნდებიან ჩვენს წინაშე, რომლებიც გარშემორტყმული არიან ჰალოს მსგავსი ბზინვარებით. ეს ჰალო არის ძალიან თვალსაჩინო რგოლი სინათლის წყაროს გარშემო. ატმოსფეროში, ყველაზე ხშირად ის წარმოიქმნება ყინულის უმცირესი ნაწილაკების გამო, რომლებიც ქმნიან ცირუს ღრუბლებს დედამიწის ზემოთ. კრისტალების ფორმისა და ზომის მიხედვით იცვლება ფენომენის მახასიათებლები. ხშირად ჰალო ცისარტყელას წრის ფორმას იღებს სინათლის სხივის სპექტრად დაშლის შედეგად.
ფენომენის საინტერესო მრავალფეროვნებას პარჰელიონი ეწოდება. ყინულის კრისტალებში სინათლის გარდატეხის შედეგადმზის დონეზე წარმოიქმნება ორი ნათელი ლაქა, რომელიც დღის შუქს წააგავს. ისტორიულ ქრონიკებში შეგიძლიათ იპოვოთ ამ ფენომენის აღწერა. წარსულში ხშირად ითვლებოდა საშინელი მოვლენების წინამძღვრად.
მირაჟი
მირაჟები ასევე ოპტიკური ფენომენია ატმოსფეროში. ისინი წარმოიქმნება სინათლის გარდატეხის შედეგად ჰაერის ფენებს შორის საზღვარზე, რომლებიც მნიშვნელოვნად განსხვავდება სიმკვრივით. ლიტერატურაში აღწერილია მრავალი შემთხვევა, როდესაც უდაბნოში მოგზაურმა ნახა ოაზისები ან თუნდაც ქალაქები და ციხეები, რომლებიც ახლოს არ შეიძლებოდა. ყველაზე ხშირად ეს არის "ქვედა" მირაჟები. ისინი წარმოიქმნება ბრტყელ ზედაპირზე (უდაბნო, ასფალტი) და წარმოადგენს ცის ასახულ გამოსახულებას, რომელიც დამკვირვებელს წყლის სხეულად ეჩვენება.
ე.წ. უმაღლესი მირაჟები ნაკლებად გავრცელებულია. ისინი წარმოიქმნება ცივ ზედაპირებზე. უმაღლესი მირაჟები სწორი და შებრუნებულია, ზოგჯერ ისინი აერთიანებენ ორივე პოზიციას. ამ ოპტიკური ფენომენების ყველაზე ცნობილი წარმომადგენელია ფატა მორგანა. ეს არის რთული მირაჟი, რომელიც აერთიანებს რამდენიმე სახის ასახვას ერთდროულად. რეალური საგნები ჩნდება დამკვირვებლის წინაშე, განმეორებით არეკლილი და შერეული.
ატმოსფერული ელექტროენერგია
ატმოსფეროში არსებული ელექტრული და ოპტიკური მოვლენები ხშირად ერთად მოიხსენიება, თუმცა მათი წარმოშობის მიზეზები განსხვავებულია. ღრუბლების პოლარიზაცია და ელვის წარმოქმნა დაკავშირებულია ტროპოსფეროსა და იონოსფეროში მიმდინარე პროცესებთან. გიგანტური ნაპერწკლის გამონადენი ჩვეულებრივ წარმოიქმნება ჭექა-ქუხილის დროს. ელვა ჩნდება ღრუბლებში და შეიძლება დაარტყას მიწას. ისინი სიცოცხლისთვის საშიშიახალხი და ეს არის ასეთი ფენომენებისადმი მეცნიერული ინტერესის ერთ-ერთი მიზეზი. ელვის ზოგიერთი თვისება ჯერ კიდევ საიდუმლოა მკვლევარებისთვის. დღეს ბურთის ელვის მიზეზი უცნობია. ისევე როგორც ავრორასა და მირაჟის თეორიის ზოგიერთი ასპექტის შემთხვევაში, ელექტრული ფენომენი კვლავაც აინტრიგებს მეცნიერებს.
ატმოსფეროში არსებული ოპტიკური მოვლენები, რომლებიც მოკლედ არის აღწერილი სტატიაში, ყოველდღიურად უფრო და უფრო გასაგები ხდება ფიზიკოსებისთვის. ამავდროულად, ისინი, ისევე როგორც ელვა, არ წყვეტენ ადამიანების გაოცებას თავიანთი სილამაზით, საიდუმლოებითა და ზოგჯერ გრანდიოზულობით.
