Atmosferska optika – Sve čari Zemljine atmosfere

Zemljina atmosfera je sloj gasova koji okružuju našu planetu i koje zadržava gravitacija. Atmosferska optika je grana meteorologije koja proučava pojave nastale lomom svjetlosti, odbijanjem (refleksijom), raspršivanjem i ogibom (difrakcija) svjetlosti u Zemljinoj atmosferi. Ona takođe proučava i pojave koje su posljedica perspektive: prividni oblik nebeskog svoda, površine diska Sunca i Mjeseca pri njihovu izlaženju i zalaženju i drugo.

Autor: Impuls

Duga je najčešća optička pojava u Zemljinoj atmosferi u obliku jednog ili više obojenih kružnih lukova, koja nastaje jednostrukim ili višestrukim lomom (refrakcija) i odbijanjem zraka svjetlosti (refleksija) u kapljicama kiše. Boje u dugi čine kontinuirani spektar sa crvenom na vanjskoj i ljubičastoj na unutarašnjoj strani luka, ali se tradicionalno obično navode kao crvena, narančasta, žuta, zelena, plava, modra i ljubičasta (“sedam duginih boja”).

Osim glavne duge sa kutnim polumjerom 42 stepena, često se zapaža i sporedba duga s kutnim polumjerom 52stepena. Kod sporedne duge poredak boja je obrnut. Ponekad, kad su kapljice vrlo malene i u magli, zapaža se bijela duga (maglena duga). Duga se može zapažati i po mjesečini, i tada je najčešće bijele boje.

 Dvostruka duga; Foto: Eric Rolph Wikipedia

Polarna svjetlost je svjetlosna pojava u visokim slojevima Zemljine atmosfere u obliku lukova, kruna, pruga, zavjesa, i nastaje kada električki nabijene čestice (na primjer ioni, elektroni) Sunčevog vjetra uđu u Zemljino magnetsko polje pa se, ubrzavajući se prema Zemljinim magnetskim polovima, sudaraju s česticama zraka i pobuđuju ih na emisiju svjetlosti, najčešće na visinama između 90 i 150 kilometara.

Promatrana iz područja bližeg Zemljinim polovima, polarna je svjetlost uglavnom žutozelene, a s manjih zemljopisnih širina, crvene boje. Do razlike u boji dolazi zbog različitih gustoća zraka na različitim visinama u atmosferi.

Na sjeveru se naziva aurora borealis (sjeverna zora), prema rimskoj boginji svitanja Aurori i grčkom bogu sjevernih ili sjeveroistočnih vjetrova, Boreju. Na jugu se naziva aurora australis (južna zora).

Aurora borealis; Foto: Senior Airman Joshua Strang

Miraž ili zrcaljenje u atmosferi je optička pojava koja nastaje zbog loma svjetlosti u atmosferi, kada raslojavanje atmosfere nije jednoliko, pa nastaje totalno odbijanje (refleksija) svjetlosti među različito zagrijanim slojevima atmosfere, te svijanje zraka svjetlosti. Zbog toga se, na primjer, planine i ostrva čine kao da su podignuti u visinu i odvojeni od površine Zemlje, predmeti se vide iskrivljeni, dvostruki, trostruki. Pri donjem je miražu konkavna strana zrake svjetlosti okrenuta prema gore, a pri gornjem miražu prema dolje. Ova optička pojava je dobila naziv iz latinskog jezika mirari što znači čuditi se.

 Miraž; Foto: Wikipedia

Fatamorgana se ubraja među pojave miraža. Ona nastaje pri prelamanju zraka svjetlosti i totalne refleksije u različito ugrijanim slojevima zraka, te se zbog toga pričinja kao da se u daljini vide predjeli i predmeti. Fatamorgana se često vidi u pustinjama i tropskim krajevima.

 Fatamorgana u pustinji; Foto: Brocken Inaglory

Zeleni bljesak je još jedna optička pojava u atmosferi koja nastaje za vrijeme zalaska ili izlaska Sunca lomom svjetlosti na slojevima zraka različite gustoće, te traje nekoliko sekundi. Zeleni bljesak izgleda kao mala smaragdno zelena elipsa iznad Sunčevog diska. Može se opažati na svim geografskim širinama, ali je za opažanje potrebna veoma bistra atmosfera bez vlage i nizak horizont, najbolje površina mora.

Zeleni bljesak se najčešće javlja u kombinaciji s miražima.

 Zeleni bljesak; Foto: Chris Mannerino

Halo je optička pojava kada se Sunce ili Mjesec naziru kroz tanak sloj oblaka s kristalićima leda. Najpoznatiji je krug oko Sunca ili Mjeseca, prečnika 22 stepena, koji je na unutarašnjoj strani crvenkaste, a na spoljnoj strani plavkaste boje; mnogo ređi je halo veličine 46 stepeni.

Halo; Foto: Alan Dyer/Stocktrek Images

Lunar Halo

Glorija je pojava koja se vidi kao jedan ili više obojenih prstena na gornjoj površini oblaka. Nastaje na dijelu neba suprotno od dijela na kojem se nalaze Sunce ili Mjesec. Posljedica je ogiba svjetlosti na kapljicama vode. Može se opaziti na rosi i magli, ali vrlo rijetko. Glorija se prikazuje kao niz spektralnih prstenova (do 5) sa crvenom bojom na vanjskoj strain. Ova pojava se najčešće zapaža na planinama.

Glorija; Foto: Brocken Inaglory

Korona ili vijenac oko Sunca ili Mjeseca je optička pojava koja nastaje kad se Sunce ili Mjesec nalazi iza tankih oblaka, i tad se često mogu vidjeti okruženi prilično jasno obojenim krugovima. Ova pojava nastaje ogibom zraka svjetlosti na česticama oblaka (kapljicama vode ili kristalićima), a češće se primjećuje oko Mjeseca nego oko Sunca zbog veće jakosti (intenziteta) Sunčeve svjetlosti.

Korona; Foto: I, Brocken Inaglory

Alpski žar je svjetlosna pojava koja se zapaža u planinskim predjelima: vrhovi brda na strani svijeta suprotnoj od strane na kojoj se nalazi Sunce kratko su vrijeme prije izlaska, odnosno nakon zalaska Sunca purpurne, ružičaste ili žute boje. Kada Zemljina sjena dosegne te vrhove, boje ubrzo prelaze u plave nijanse.

Alpski žar; Foto: Ryszard Pawłowski

Irizacija je pojava duginih boja na oblacima, najčešće na altokumulusima i cirokumulusima. Obično se uočava u dijelu oblaka koji se tek oblikuje jer su tada sve kapljice vode jednakog obima (volumena) pa se na njima zrake svjetlosti mogu pravilno lelujati (difrakcija). Često su pruge obojene svjetlosti usporedne s rubovima oblaka, a boje se mijenjaju kako se oblak razvija. Pojavljuje se na svim stranama neba, ali najčešće u blizini Sunca zaklonjena oblacima. Može se pojaviti i u magli ili na rosi, ali vrlo rijetko.

 Irizacija; Foto: C messier

Bišopov prsten je optička pojava u atmosferi što se vidi kao bjelkasti prsten oko Sunca ili Mjeseca s lagano plavkastim tonom iznutra i crvenkastosmeđim izvana. Naziv dobija po havajskom misionaru Serenu Edwardu Bishopu koji ga je 1883. prvi opisao. Pojava je uzrokovana ogibom svjetlosti kroz tanki sloj naoblake ili na finim česticama vulkanske prašine u atmosferi. Primjećuje se posebno nakon velikih erupcija vulkana.

Bišopov prsten; Foto: Marco Langbroek

Nebesko plavetnilo je blistava plava boja neba prouzročena raspršivanjem Sunčeve svjetlosti uglavnom ljubičastih i plavih talasnih dužina u Zemljinoj atmosferi. Iako se najviše raspršuje ljubičasta svjetlost, ljudskom oku boja neba izgleda kao monokromatska plava boja.

Nebesko plavetnilo; Foto: Rnbc

Ledene iglice je oborina koja se sastoji od sitnih nerazgranatih ledenih kristala u obliku iglica, pločica ili štapića. Kristali ledenih iglica su često vrlo maleni, pa se čini kao da lebde u zraku. Padaju iz prozračnog oblaka ili iz vedra neba, a dobro su vidljivi kada svjetlucaju na Suncu (takozvani dijamantni prah). Pojavljuju se kada su temperature veoma niske, posebno u polarnim krajevima.

Dijamantni prah

Atmosferska refrakcija nastaje zbog prolaza svjetlosti kroz slojeve zraka različite gustoće, pa se svjetlosna zraka pri prelazu iz jednoga sloja zraka u drugi lomi. Kako se gustoća zraka mijenja postepeno, put svjetlosne zrake nije izlomljena linija nego kontinuirana krivulja. Pod normalnim uslovima, to jest kada se gustoća zraka s visinom smanjuje, ta je krivulja zakrivljena pa je njen udubljeni dio okrenut prema Zemlji. Budući da ljudsko oko predmete od kojih svjetlosna zraka dolazi smješta u smjeru tangente na put zrake, zemaljski predmeti, zvijezde, Mjesec i Sunce izgledaju viši nego što zapravo jesu.

Atmosferska refrakcija; Foto: NASA

Astronomska refrakcija je pojava da se izvor svjetlosti (Sunce, planeti, zvijezde i tako dalje), koji se nalazi izvan atmosfere, zbog loma u atmosferi vidi na drugom mjestu nego što se nalazi. Zbog astronomske refrakcije zenitne su udaljenosti izvora svjetlosti manje nego stvarne, a Sunce i drugi izvori svjetlosti vide se i nakon što su zašli ispod geometrijskog vidokruga.

Astronomska refrakcija; Foto: P. Horálek/ESO