Файл: Научноисследовательская работа тема Оптические явления в природе Выполнил обучающийся 1 курса 11Э группы Савельев Даниил.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.11.2023
Просмотров: 98
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Вид гало зависит от формы и расположения кристаллов. Отражённый и преломлённый ледяными кристаллами свет нередко разлагается в спектр, что делает гало похожим на радугу. Наиболее яркими и полноцветными бывают паргелии и зенитная дуга, менее яркими — касательные малого и большого гало.
В тусклом лунном гало глаз не различает цветов, что связано с особенностями сумеречного зрения.
Иногда, в морозную погоду, возможно появление гало, образуемое кристаллами льда, взвешенными в атмосфере близко к земной поверхности. В этом случае гало напоминают сияющие драгоценные камни (так называемая «алмазная пыль»[2]), а нижняя часть гало может быть видна на фоне окружающего пейзажа, если Солнце находится достаточно низко над горизонтом.
Одно из самых ранних и подробных описаний гало встречается в Лаврентьевской летописи под 1104 годом, где говорится о солнечном гало с двумя ложными солнцами и таким редким явлением как касательная дуга[5], и вдобавок о подобном же лунном гало, наблюдавшихся три дня днём и ночью соответственно (описание этого гало с иллюстрацией также помещено[6] в казанский Лицевой летописец о небесных явлениях начала XVII в.)[7][8]:
В старину разнообразным гало, как и другим небесным явлениям, приписывалось мистическое значение предзнаменований (как правило, дурных, особенно если гало принимало крестообразную форму, которая трактовалась как крест или меч, или появлялись двойники светила), чему известно множество летописных свидетельств[10].
Например, в 1551 году после длительной осады войсками императора Карла V немецкого города Магдебурга в небе над городом появилось гало с ложными солнцами. Это вызвало переполох среди осаждавших. Поскольку гало было воспринято как небесное знамение в защиту осаждённых, Карл V приказал снять осаду города[11].
В те времена, когда метеорологии не существовало, гало и подобные ему оптические явления использовались для предсказания погоды. Например, русские народные приметы говорят, что появление вокруг луны подобных светлых колец, дуг, пятен, столбов — к дождю, а чувашские — к похолоданию (обычно — зимой).
Крупный вклад в изучение и систематизацию гало внёс голландский астроном Марсел Миннарт.
1.5 Мираж
Мира́ж
(фр. mirage — букв. видимость) — оптическое явление в атмосфере: преломление потоков света на границе между резко различными по плотности и температуре слоями воздуха. Для наблюдателя такое явление заключается в том, что вместе с реально видимым отдалённым объектом (или участком неба) также видно и его отражение в атмосфере.
Слово мираж происходит от французского mirage, которое в свою очередь произошло от латинского mirare, что означает «смотреть, удивляться»[1].
Миражи делят на:
-
нижние, видимые под объектом, -
верхние, видимые над объектом, -
боковые.
Нижний мираж
Мираж над морем, Индия, штат Гоа
Наблюдается при большом вертикальном градиенте температуры (падении её с высотой) над перегретой ровной поверхностью, часто пустыней или асфальтированной дорогой. Мнимое изображение неба создаёт при этом иллюзию воды на поверхности. Так, на уходящей вдаль дороге в жаркий летний день видится лужа.
Верхний мираж
Наблюдается над холодной земной поверхностью при инверсном распределении температуры (температура воздуха повышается с увеличением высоты).
Верхние миражи случаются в целом реже, чем нижние, но чаще бывают более стабильными, поскольку холодный воздух не имеет тенденции двигаться вверх, а теплый — вниз.
Верхние миражи являются наиболее распространенными в полярных регионах, особенно на больших ровных льдинах со стабильной низкой температурой. Такие условия могут возникать над Гренландией и в районе Исландии. Возможно, благодаря этому эффекту, получившему название хиллингар (от исландского hillingar), первые поселенцы Исландии узнали о существовании Гренландии[2].
Верхние миражи также наблюдаются в более умеренных широтах, хотя в этих случаях, они слабее, менее четкие и стабильные. Верхний мираж может быть прямым или перевернутым, в зависимости от расстояния до истинного объекта и градиента температуры. Часто изображение выглядит как фрагментарная мозаика прямых и перевернутых частей.
Верхние миражи могут иметь поразительный эффект за счет кривизны Земли. Если изгиб лучей примерно такой же, как кривизна Земли, лучи света могут перемещаться на большие расстояния, в результате чего наблюдатель видит объекты, находящиеся далеко за горизонтом. Это наблюдалось и задокументировано в первый раз в 1596 году, когда судно под командованием Виллема Баренца в поисках Северо-восточного прохода застряло во льдах на Новой Земле. Экипаж был вынужден пережидать полярную ночь. При этом восход солнца после полярной ночи наблюдался на две недели раньше, чем ожидалось. Лишь в 20-м веке это явление было объяснено
[3], и получило название «Эффект Новой Земли».
Таким же образом, корабли, находящиеся на самом деле так далеко, что они не должны быть видны над горизонтом, могут появиться на горизонте, и даже над горизонтом, как верхние миражи. Это может объяснить некоторые истории о полетах кораблей или прибрежных городов в небе, как описано некоторыми полярниками[4].
Боковой мираж
Боковые миражи могут возникать как отражение от нагретой отвесной стены. Описан случай, когда ровная бетонная стена крепости вдруг заблистала, как зеркало, отражая в себе окружающие предметы. В жаркий день мираж наблюдался всякий раз, когда стена достаточно нагревалась солнечными лучами[5].
Фата-моргана
Сложные явления миража с резким искажением вида предметов носят название Фата-моргана. Фа́та-морга́на (итал. fata Morgana — фея Моргана, по преданию, живущая на морском дне и обманывающая путешественников призрачными видениями) — редко встречающееся сложное оптическое явление в атмосфере, состоящее из нескольких форм миражей, при котором отдалённые объекты видны многократно и с разнообразными искажениями.
Фата-моргана возникает в тех случаях, когда в нижних слоях атмосферы образуется (обычно вследствие разницы температур) несколько чередующихся слоёв воздуха различной плотности, способных давать зеркальные отражения. В результате отражения, а также и преломления лучей, реально существующие объекты дают на горизонте или над ним по нескольку искажённых изображений, частично накладывающихся друг на друга и быстро меняющихся во времени, что и создаёт причудливую картину фата-морганы.
Миражи можно наблюдать с любой высоты в пределах земной атмосферы, в том числе из гор или самолётов[6][7].
Брокенский призрак[
Брокенский призрак: снимок тени фотографирующего в тумане. Видна глория
Этот раздел транслируется из статьи Брокенский призрак. (правка | история)
Броккенский призрак появляется, когда Солнце светит из-за альпиниста, смотрящего вниз с хребта или пика в туман. Тень альпиниста идёт сквозь туман, часто принимая причудливые угловатые очертания, вызванные перспективой. Кажущееся увеличение размеров тени — оптическая иллюзия, объясняемая тем, что наблюдатель соизмеряет свою тень, лежащую на относительно близких облаках, с далёкими объектами поверхности, видимой сквозь просветы в облаках; или когда невозможно сориентироваться в тумане и соизмерить размеры. Кроме того, тени попадают на капли воды, находящиеся на различных расстояниях от глаз, что нарушает восприятие глубины.
Броккенский призрак зачастую окружён светящимися кольцами разного цвета — глорией. Они появляются прямо напротив Солнца, когда солнечный свет отражается от облаков, состоящих из капель воды одинакового размера. Эффект обусловлен дифракцией света.
Фантом дальнего видения
Одним из ярких примеров таких фантомов является «летучий голландец». Согласно морским мифам, капитан корабля-призрака навеки осуждён скитаться по морским просторам, нигде не причаливая. Моряки от встречи с мистическим кораблём никогда ничего хорошего не ждали — она всегда знаменовала несчастья и кораблекрушение.
Почти все истории о нём звучали приблизительно одинаково — призрачное судно плыло прямо на них, не отвечало на сигналы и крики, а потом неожиданно пропадало в тумане. На самом деле, команда корабля видела перед собой проекцию кораблей, что находились в это время на огромном расстоянии от них.
Появляется мираж дальнего видения тогда, когда земная поверхность нагревает воздушные массы, после чего они уходят вверх и охлаждаются. Если наверху над слоем холодных воздушных масс в силу тех или иных причин окажется более тёплый (например, его сюда занесли ветра с юга) и при этом сильно разреженный слой, а разница температуры между ними окажется довольно большой, то произойдёт рефракция. Световые лучи, которые отражаются от предметов, что расположены на земной поверхности, сделают дугу и уйдут обратно вниз, но уже не к своему непосредственному источнику. Они оказываются в десятках, а иногда и в сотнях километрах от него.
Мираж в ночное время
Условия для возникновения миража могут произойти и ночью. В большинстве случаев этого не наблюдается. Однако при некоторых обстоятельствах огни от движущихся транспортных средств, самолётов, кораблей, зданий и т. д., которые можно наблюдать ночью, как и в случае с дневным миражом будут не видны[8]. То же самое может произойти с астрономическими объектами.
1.6 Солнечный закат
Закáт — 1. Заход за линию горизонта (солнца, небесного светила); время такого захода. 2. Освещение неба над горизонтом при заходе солнца[1].
Время захода солнца определяют в астрономии как момент, когда верхний край солнечного диска исчезает за горизонтом.
Этапы наступления сумерек
Закат отличают от сумерек, которые делятся на 3 этапа, первый из которых — гражданские сумерки, которые начинаются, как только солнце исчезло за горизонтом и продолжаются, пока оно не опускается до 6 градусов ниже горизонта, второй этап — морские сумерки, между 6 и 12 градусами ниже горизонта и третий — астрономические сумерки — это время, когда солнце находится от 12 до 18 градусов ниже горизонта и это самый тёмный момент сумерек (непосредственно перед ночью). Ночь наступает, когда Солнце достигает 18 градусов ниже горизонта и больше не освещает небо[2].
В местах, расположенных севернее северного полярного круга и южнее южного полярного круга, может наблюдаться явление «полярный день», когда солнце не заходит за горизонт дольше 1 суток.
Время заката солнца меняется в течение всего года, зависит от места наблюдателя на Земле и задаётся долготой и широтой, а также высотой над уровнем моря. Небольшие суточные и заметные полугодовые изменения во времени закатов обусловлены осевым наклоном Земли, суточным вращением Земли и движением планеты по её годовой эллиптической орбите вокруг Солнца.
В течение зимы и весны дни становятся длиннее и закаты происходят позже каждый день до дня самого позднего захода солнца, который происходит после летнего солнцестояния. В северном полушарии самый поздний закат солнца происходит в конце июня или в начале июля, но не в день летнего солнцестояния (21 июня). Эта дата зависит от широты наблюдателя. Точно так же самый ранний закат солнца происходит не в день зимнего солнцестояния (21 декабря), а примерно на 2 недели раньше, опять же в зависимости от широты смотрящего. В северном полушарии это происходит в начале декабря или конце ноября[3].
Аналогично, то же самое явление существует и в южном полушарии, но с соответствующими обратными датами, причём самые ранние закаты происходят примерно до 21 июня зимой, а самый поздний — примерно после 21 декабря летом, опять же в зависимости от южной широты. В течение всего года, как рассвет, так и закат становятся немного позже или немного раньше каждый день. Даже на экваторе восход и закат солнца смещаются на несколько минут вперёд и назад в течение года вместе с солнечным полуднем. Эти эффекты строятся с помощью аналеммы.
Поскольку восход и закат солнца рассчитывают по верхнему и нижнему краям солнца, а не по центру, продолжительность дневного времени несколько больше, чем ночного (примерно на 10 минут, как видно из умеренных широт). А так как свет от солнца преломляется,