Оптические явления в атмосфере

Оптические явления в атмосфере – результат взаимодействия видимого света с мельчайшими частицами воды и льда, взвешенными в воздухе. Преломляясь, отражаясь или огибая препятствия, солнечные лучи создают иллюзию цветных дуг, колец и сияний вокруг светил и на облаках.

Рассмотрим три основных типа таких явлений: радуга, венцы, иризация, а также объясним их природу и характерные отличия.

Радуга вызвана в основном рефракцией и отражением света, каплями воды (дождя или тумана), парящими в атмосфере. Капли по-разному отклоняют свет разных цветов, в результате белый свет разлагается в спектр. Это явление выглядит как разноцветная дуга составленная из цветов спектра видимого излучения. Наблюдатель, стоящий спиной к источнику света, видит разноцветное свечение, которое исходит из пространства по концентрическим окружностям (дугам).

Венцы (корона) видны при дифракционном рассеянии лучей светила на водяных каплях, образующих облако или туман. Радиусы колец зависят от длины волны света, поэтому наружный край кольца имеет красноватый цвет. Венцы имеют малый радиус (до 5°), чётко прилегают к диску светила. Это светлые туманные кольца на небесном своде вокруг диска Солнца или Луны, реже – вокруг ярких звёзд или земных источников света.

Иризация – особый вид свечения, оптический эффект радужной окраски облаков. Чтобы возникла иризация, размер облачных частиц должен быть в 5–50 раз больше длины световой волны. Иризация часто напоминает цвета перламутра. На расстоянии примерно 10° от Солнца основной причиной иризации является дифракция. На расстоянии более 10° доминирующей причиной становится интерференция (перераспределение интенсивности света в результате наложения нескольких световых волн). Иризация или радужность может распространяться на углы, превышающие 40° от Солнца и даже на этом расстоянии цвета могут быть очень яркими.

Все эти явления наглядно демонстрируют, как частицы воды и льда, преобразуют обычный солнечный свет в удивительное многообразие цветных красок в атмосфере, делая небо живой лабораторией оптической физики.