Умер народный артист россии леонид неведомский. Знаменательные события мира музыки – знаменательные даты

1 из 9

Презентация на тему: Оптические явления

№ слайда 1

Описание слайда:

№ слайда 2

Описание слайда:

Оптические явления это- Оптические явления в атмосфере - явления, вызываемые рассеянием, поглощением, преломлением и дифракцией света. Источниками света могут быть Солнце, Луна, ионизированный воздух верхних слоев атмосферы. К оптическим явлениям относятся: радуга, гало, мираж, сумерки, зори, полярные сияния. Оптические явления тесно связаны с погодой и в ряде случаев могут быть использованы для ее предсказания.

№ слайда 3

Описание слайда:

Мираж Это оптическое явление часто наблюдается в пустыне - вместе с отдаленными предметами видны их мнимые, «кажущиеся» изображения. Иногда видны отражения предметов, скрытых за линией горизонта. Отражение неба с приземных слоях воздуха нередко создает впечатление водной поверхности. Миражи объясняются искривлением лучей света в неодинаково нагретых слоях воздуха, имеющих разную плотность. Они возникают как при сильном нагреве приземного воздуха (в пустынях, иногда над асфальтом шоссе), так и при его переохлаждении.

№ слайда 4

Описание слайда:

Гало Светлые кольца, столбы или пятна вокруг Солнца и Луны, «ложные Солнца». Иногда эти кольца бывают радужными. Гало появляется при отражении или преломлении света кристалликами льда, образующими легкие перистые облака или туман. Чаще всего это случается в горах. Как и радуга, Гало возникают в результате преломления лучей в атмосфере, только гало возникают благодаря кристалликам льда. Иногда отражения солнца становятся такими же яркими как и оно само, это явление носит название «солнечные собачки».

№ слайда 5

Описание слайда:

Звёздный дождь На самом деле с неба падают не звезды, а метеориты, которые входя в земную атмосферу, нагреваются и сгорают. При этом возникает вспышка света, которую видно на довольно большом расстоянии с поверхности Земли. Чаще всего звёздным или метеорным дождём называют метеорный поток большой интенсивности (до тысячи метеоров в час). Метеорный поток состоит из метеоров, которые сгорают в атмосфере и не достигают земли, а метеоритный дождь - состоит из метеоритов, которые выпадают на землю.

№ слайда 6

Описание слайда:

Глория Если в горах ночью разжечь костер под низкими облаками, ваша тень появится на облаках и вокруг головы у вас будет светящийся ореол. Это явление называется Глория. Глория - это оптическое явление, которое наблюдается на облаках, расположенных прямо перед наблюдателем или ниже него, в точке, прямо противоположной источнику света. В Китае глорию называют "светом Будды". Цветное гало всегда окружает тень наблюдателя.

№ слайда 7

Описание слайда:

Пояс Венеры В сумерках, незадолго перед восходом Солнца или сразу после его заката, небо над горизонтом частично бесцветное, а частично имеет розоватый оттенок. Это явление называется поясом Венеры. Бесцветную полосу между уже потемневшим небом и голубым небом можно увидеть повсюду, даже в стороне напротив Солнца. Явление пояса Венеры объясняется отражением в атмосфере света заходящего (или восходящего) Солнца, которое кажется покрасневшим.

Описание слайда:

Зелёный луч Зеленый луч – вспышка солнечного света изумрудно-зеленого цвета в тот момент, когда последний луч Солнца скрывается за горизонтом. Красная составляющая солнечного света исчезает первой, все прочие – по порядку вслед за ней, и последней остается изумрудно-зеленая. Это явление возникает, лишь когда над горизонтом остается только самый краешек солнечного диска, а иначе происходит смешение цветов. Зеленый луч возникает на какие-то мгновения перед исчезновением солнца за горизонтом, или непосредственно перед рассветом. Представляет собой небольшую вспышку зеленого цвета и вызывается рефракцией света в атмосфере.

Введение.

В рамках традиционных подходов до сих пор не объяснён ряд аномальных оптических феноменов в окололунном пространстве. Мы отметим пару наиболее одиозных из них – ссылки на свидетельства о которых даны ниже. Во-первых, это феномен потери цветности: предметы наблюдаются не в естественных цветах, а, практически, в оттенках серого. Во-вторых, это феномен обратного рассеяния света: под каким бы углом ни падал свет на рассеивающую поверхность, большая часть отражённого света идёт в обратном направлении – туда, откуда свет пришёл.

Мы полагаем, что причиной этих удивительных феноменов является особая организация лунного тяготения – по иному принципу, чем тяготение планет. Планетарное тяготение обусловлено, по нашей терминологии, планетарной частотной воронкой . В объёме свободного пробного тела, локальный участок частотного склона напрямую задаёт градиент собственных энергий частиц вещества, что и порождает безопорное силовое воздействие на тело. Признаки же наличия лунной частотной воронки – отсутствуют . Мы изложили модель организации лунного тяготения – через наложение, на местную область земного частотного склона, специфических вибраций «инерциального пространства» в окололунной области. Находясь в результирующем «зыбком пространстве», пробное тело имеет, в своём объёме, градиент локально-абсолютных скоростей – а, значит, через квадратично-допплеровские сдвиги квантовых уровней энергии , имеет и градиент энергий, т.е., опять же, испытывает безопорное силовое воздействие.

Вибрации «инерциального пространства» оказывают двоякое влияние на оптические явления. Во-первых, эти вибрации воздействуют на молекулы, т.е. на излучатели и поглотители света – отчего изменяются их спектры излучения и поглощения. Во-вторых, фазовая скорость света, как мы полагаем, привязана, в локально-абсолютном смысле, к местному участку «инерциального пространства» , поэтому его вибрации влияют на процесс распространения света.

В данной статье мы дадим уточнённую модель окололунного «зыбкого пространства» и поясним происхождение названных аномальных оптических феноменов.

Уточнённая модель окололунного «зыбкого пространства».

Ранняя модель окололунного «зыбкого пространства» изложена в . Уместно отметить: первые же полёты советских и американских космических аппаратов к Луне показали, что её тяготение действует лишь в небольшой окололунной области, примерно до 10000 км от поверхности Луны – и, таким образом, далеко не достаёт до Земли. Поэтому у Земли нет динамической реакции на Луну: вопреки распространённому заблуждению, Земля не обращается , в противофазе с Луной, около их общего «центра масс» – и, вопреки ещё одному распространённому заблуждению, к приливам в океанах лунное тяготение не имеет никакого отношения .

Согласно модели , в области лунного тяготения заданы, чисто программными средствами, гармонические вибрации «инерциального пространства» в направлениях вдоль местных лунныхх вертикалей. У этих радиальных вибраций, амплитудные значения скоростей и эквивалентных линейных подвижек уменьшаются по мере увеличения расстояния от центра, и на границе области лунного тяготения они становятся, практически, нулевыми. Если имитируется сферически-симметричное тяготение, подчиняющееся закону обратных квадратов, то зависимость амплитуды скорости V вибраций от длины радиус-вектора r есть

где K =4.9× 10 12 м 3 /с 2 - гравитационный параметр Луны, r max – радиус границы области лунного тяготения. Если подставить в (1) значения среднего радиуса Луны r Л =1738 км, а также r max =11738 км, то для амплитуды скорости вибраций «зыбкого пространства» на поверхности Луны мы получим V (r Л)» 3.10 км/с. Если допустить, что на поверхности Луны амплитуда эквивалентных линейных подвижек составляет d (r Л)=5 мкм, то для частоты вибраций, которую мы полагаем одинаковой во всей области лунного тяготения, мы получаем V (r Л)/2p d (r Л) » 100 МГц. Эти цифры – конечно, ориентировочные.

Ключевое уточнение модели окололунного «зыбкого пространства» связано с вопросом о фазах радиальных вибраций «инерциального фона». Ранее мы полагали , что область лунного тяготения разделена на радиальные створы, в которых фазы радиальных вибраций организованы «в шахматном порядке». Теперь же, такая организация фаз радиальных вибраций представляется нам неоправданно усложнённой и совершенно излишней. Радиальные подвижки «инерциального пространства» могут происходить синхронно во всей области лунного тяготения: «все вместе от центра – все вместе к центру». При таких, глобально синхронных вибрациях, «зыбкое пространство» будет сообщать центростремительное ускорение свободному телу не хуже, чем по модели , а программно организовать глобально синхронные вибрации – несравненно проще.

Распространение света в вибрирующем «зыбком пространстве» имеет принципиальные особенности, поскольку здесь необычны условия, в которых работает Навигатор квантовых перебросов энергии . Это – программа, которая индивидуально для каждого возбуждённого атома производит поиск атома-получателя, которому будет переброшена энергия возбуждения. Эффекты при распространении света, в том числе волновые явления, обусловлены алгоритмами расчётов, которые производит Навигатор – идентифицируя атом-получатель, на который вероятность квантового переброса энергии оказывается максимальна. Эти алгоритмы Навигатора описаны в . Сейчас для нас важно, что скорость поисковых волн, которыми Навигатор информационно сканирует пространство, равна скорости света и привязана, в локально-абсолютном смысле, к местному участку «инерциального пространства». Поэтому вибрации «инерциального пространства» сказываются на движении поисковых волн Навигатора. При ориентации этих вибраций вдоль местных лунных вертикалей, местный горизонтальный световой луч будет двигаться не по прямой, а по синусоиде – с периодом, определяемым частотой вибраций. При их частоте в 100 МГц (см. выше), период синусоиды составит около 3 м. При этом вертикальный угловой разброс направлений движения луча можно оценить через отношение амплитуды скорости вибраций к скорости света – вблизи поверхности Луны этот разброс составит примерно одну угловую секунду.

Учёт этого вертикального разброса направлений движения светового луча, идущего рядом с поверхностью Луны, легко объясняет, на наш взгляд, следующие оптические эффекты . Во-первых, это невозможность «предсказать наступления и продолжительности покрытий звёзд Луной с такой точностью, с которой предвычисляются многие другие небесные явления » . Во-вторых, это снижение качества изображения поверхности Луны вблизи краёв диска (см., например, фотографии в ). «Замывание» изображения на краях лунного диска было бы неудивительно, если бы Луна имела атмосферу – но атмосферы у неё нет. Оба названных эффекта так и не нашли разумного объяснения в рамках традиционных подходов.

Феномен потери цветности в окололунном «зыбком пространстве».

Как мы излагали ранее , процесс распространения света представляет собой цепочку квантовых перебросов энергии возбуждения с атома на атом. Последовательные звенья в этой цепочке, т.е. пары атом-отправитель и атом-получатель, устанавливаются, по определённым алгоритмам, Навигатором . Расстояние между пиками поисковых волн Навигатора – это то, что в оптике называется длиной волны «излучения» (мы взяли это слово в кавычки, потому что поисковые волны Навигатора имеют не физическую природу, а программную). В условиях обычного, не вибрирующего, пространства, длина волны полностью определяется энергией возбуждения атома, если этот атом покоится – в локально-абсолютном смысле. Если же вектор его локально-абсолютной скорости не равен нулю, то длины поисковых волн, идущих от него в разных направлениях, имеют соответствующие линейно-допплеровские сдвиги. Подчеркнём, что, при движении возбуждённого атома, линейному эффекту Допплера подвержены лишь поисковые волны – энергия же перебрасываемого кванта остаётся неизменной . Так, поисковая волна, имеющая некоторый линейно-допплеровский сдвиг, может удачно преодолеть узкополосный фильтр, и квант энергии может быть переброшен на атом, находящийся за этим фильтром, но энергия этого переброшенного кванта будет всё той же энергией возбуждения, как и в случае покоящегося возбуждённого атома – когда поисковая волна через фильтр не прошла бы.

Теперь вернёмся к случаю «зыбкого пространства». Его радиальные вибрации могут дать линейно-допплеровские сдвиги длин поисковых волн Навигатора, имеющие порядок вплоть до V (r Л)/c ~ 10 -5 . Эффекты такого порядка – с учётом того, что видимый диапазон занимает октаву – не могли бы приводить к радикальным изменениям цветов. Но заметим, что подавляющая часть цветовой палитры, в том числе и на Луне, обеспечивается веществом, образующим молекулярные соединения. Не может ли оказаться, что «зыбкое пространство» влияет на молекулярные спектры излучения-поглощения?

Как мы излагали ранее , химическая связь представляет собой процесс циклических переключений составов валентных связок «протон-электрон» у связуемых атомов, при котором каждый из двух задействованных электронов попеременно входит в состав того или другого атома. Этот циклический процесс стабилизируется перебросами кванта энергии возбуждения из одного атома в другой, и обратно. При тепловом равновесии, наиболее вероятная энергия этого кванта соответствует максимуму равновесного спектра, т.е. равна 5kT , где k – постоянная Больцмана, T – абсолютная температура. Как мы постарались показать в , т.н. колебательные и вращательные молекулярные линии соответствуют не различным энергиям связи атомов в молекуле: они соответствуют тем или иным резонансам у циклического процесса химической связи – при подходящей энергии кванта, который циклически передают друг другу связанные атомы. Типичной особенностью молекулярных спектров поглощения являются полосы сплошного спектра – полосы диссоциации. У большинства молекул нижний край первой полосы диссоциации отстоит от уровня основного состояния на 4-5 эВ , т.е. энергии квантов возбуждения, соответствующие всему видимому диапазону, приходятся на промежуток между основным состоянием и первой полосой диссоциации. В «обычных» условиях, этот промежуток более или менее плотно заполнен дискретными уровнями энергии. Малоизвестен тот факт, что соответствующие молекулярные линии, в отличие от атомных, не являются характеристическими – их положения «плавают» в зависимости от температуры и давления . Вибрации же «зыбкого пространства», на наш взгляд, должны приводить к сильному уширению молекулярных линий; поясним это.

Напомним, что, в условиях «обычного» тяготения, изменение локально-абсолютной скорости свободного тела однозначно соответствует изменению гравитационного потенциала. В окололунном «зыбком пространстве» ситуация иная: свободные тела там испытывают гармонические изменения локально-абсолютной скорости (отсчитываемой в геоцентрической системе координат), находясь, практически, в одном и том же гравитационном потенциале (земной области тяготения). Мы полагаем, что эта аномальная, с точки зрения энергетических превращений, ситуация разрешается следующим образом. Буфером для периодической компоненты кинетической энергии молекулы является энергия её возбуждения – т.е. того самого кванта, который передают друг другу связанные атомы. Тогда, для молекул из лёгких элементов с одинарными связями, амплитудному значению кинетической энергии на поверхности Луны (V (r Л)» 3 км/с) должно соответствовать амплитудное значение энергии возбуждения ~ 1 эВ на одну связь. Из-за этой периодической компоненты у энергии возбуждения, «колебательные» и «вращательные» молекулярные линии должны испытывать настолько значительные уширения, что промежуток от основного состояния до первой полосы диссоциации должен занимать сплошной спектр . Так и есть: «Лунный спектр почти лишён полос, которые могли бы дать информацию о составе Луны » .

Уточним, почему при сплошных молекулярных спектрах должен иметь место феномен потери цветности. Известно, что в сетчатке человеческого глаза имеется три типа светочувствительных клеток, ответственных за цветовосприятие – которые различаются положениями максимумов полос поглощения: в красно-оранжевой, зелёной и сине-фиолетовой областях. Цветовое ощущение определяется не энергией квантов монохроматического света – оно определяется соотношением количеств «срабатываний» клеток названных трёх типов за некоторое «время цветовой реакции». Если, в условиях «зыбкого пространства», молекулярные линии поглощения расплываются на весь видимый диапазон, то для каждого из трёх типов клеток становятся одинаковы вероятности «сработать» на квант из любой области видимого диапазона.

Отсюда немедленно следует, что все предметы на Луне должны видеться с потерей цветности – практически, в оттенках серой шкалы. Потеря цветности должна иметь место не только при живом визуальном наблюдении на Луне, но и при фотографировании там на цветную плёнку, причём – даже через светофильтры. Действительно, «цветные фильтры на борту… [«Сервейеров»] были использованы для получения цветных фотографий лунного ландшафта… Удивительно отсутствие цвета в любой части этих изображений, особенно при сравнении с разнообразием цвета типичных земных пустынных или горных пейзажей » . Может, автор что-то путает? Отнюдь, в официальном отчёте NASA по «Сервейеру-1» утверждается то же самое. Кривые пропускания трёх светофильтров были близки к стандартным – мы воспроизводим соответствующую диаграмму из на Рис.1 . Каковы же

оказались результаты? В разделе «Фотометрия и колориметрия», собственно колориметрии уделены всего три фразы. А именно: «Предварительная обработка колориметрических измерений на основе данных фотоплёнок показывает, что у материалов лунной поверхности могут присутствовать лишь незначительные цветовые различия. Отсутствие богатой цветовой гаммы у поверхностных лунных материалов - это нечто поразительное, учитывая наблюдаемые различия в альбедо. Повсеместно цвет лунной поверхности - тёмно-серый » (перевод наш). Впрочем, изумление специалистов NASA длилось недолго. Уже автор пишет: «Сервейер имел более острый и незамутнённый взор. И, впервые, он видел в цвете. Три отдельные фотографии, снятые через оранжевый, зелёный и синий фильтры, при совмещении давали вполне натуральную передачу цвета. Как и ожидали учёные, этот цвет оказался никаким иным, кроме как серым – однородным, нейтрально-серым » (перевод наш). Одну из этих сереньких фотомозаик от «Сервейера-1» мы воспроизводим на Рис.2 .

Может возникнуть подозрение, что лишь лунные материалы имеют натуральный серый цвет, а земные предметы, доставленные на Луну, выглядят там в таких же цветах, как и на Земле. Отнюдь, мы воспроизводим фрагмент ещё одной фотографии с «натуральной передачей цвета» - см. Рис.3 . Это – весьма примечательный документ. На фоне «блина» опорной «лапы» аппарата, в правой части снимка виден участок диска с секторной разметкой. Это как раз диск для калибровки цветопередачи: на Земле его четыре сектора имели белый,

Рис.3.

красный, зелёный и синий цвета. Но, вместо них, мы видим лишь оттенки серой шкалы.

Добавим, что потеря цветности имеет место даже при наблюдениях Луны из-за пределов её области тяготения. Правда, в этом случае к серым цветам подмешивается оттенок коричневого: «В телескоп Луна имеет однородный коричневато-серый оттенок и почти лишена цветовых различий » . Предпринимались попытки получить цветные фотографии Луны при фотографировании из-за пределов области её тяготения через светофильтры, с последующим совмещением изображений. По этой методике, действительно, получаются великолепные цветные картинки – но, с учётом вышеизложенного, наивно полагать, что цвета на них демонстрируют настоящую цветовую гамму Луны.

Следует уточнить, что феномен потери цветности в окололунном пространстве никоим образом не опровергается при фото- и видеосъёмках цифровой аппаратурой – которая позволяет «сделать» любые желаемые цвета «из ничего». При традиционной же фотосъёмке, т.е. при натуральной цветопередаче, феномен потери цветности в окололунном пространстве – это неоспоримый факт. Причём, если верить чиновникам NASA , отсутствие богатой цветовой гаммы на Луне специалисты даже ожидали заранее. Запомним это!

Феномен обратного рассеяния света в окололунном «зыбком пространстве».

Альбедо лунной поверхности, т.е. её способность отражать солнечный свет, невелика: она составляет, в среднем, 7% . И для этого небольшого количества отражаемого света имеет место феномен обратного рассеяния. А именно: под каким бы углом ни падал свет на рассеивающую поверхность – вплоть до почти скользящего падения! – большая часть отражённого света идёт туда, откуда свет пришёл.

Свидетельством об этом удивительном феномене для земного наблюдателя является тот хорошо известный факт, что «яркость всех областей лунного диска достигает резкого максимума в полнолуние, когда источник света находится точно позади наблюдателя » . Интегральная кривая яркости свечения Луны, как функция фазового угла, приведена на Рис.4 (, нулевая фаза соответствует полнолунию).

Рис.4

Феномен обратного рассеяния не объяснить обычным рассеянием на шероховатостях поверхности Луны. Шероховатая поверхность рассеивала бы свет по закону Ламберта, и тогда в полнолуние наблюдалось бы потемнение к краям лунного диска – что не имеет места . Яркость в полнолуние аномально увеличивается для каждой области лунного диска, «независимо от её положения на лунной сфере, наклона поверхности и морфологического типа » . Из-за отсутствия потемнения к краям, Луна в полнолуние кажется «плоской, как блин». Феномен обратного рассеяния света имеет место не только для видимой с Земли стороны Луны, но и для противоположной, о чём свидетельствуют фотографии последней, сделанные с помощью космических аппаратов. Индикатрисы обратного рассеяния света Луной приведены, например, в .

Иногда феномен обратного рассеяния путают с т.н. оппозиционным эффектом, который заключается просто в том, что «скорость увеличения яркости особенно велика при малых фазовых углах » – как это хорошо иллюстрирует Рис.4 . Оппозиционный эффект характеризует скорость изменения яркости – а не само изменение яркости – при изменении фазового угла. Оппозиционный эффект лишь подчёркивает остронаправленность действия эффекта обратного рассеяния – из-за которого, при аномально ярком лунном свете в полнолуние можно читать книгу.

Считалось, что феномен обратного рассеяния обусловлен какими-то необычными свойствами лунного грунта – и это при том, что феномен одинаково проявляется для всех областей лунного диска, хотя морфологии лунных морей и материков различаются. Предпринималось множество попыток найти минерал или материал, дающий лунный закон рассеяния. Разнообразные образцы земного и космического происхождения исследовались «в различных видах: твёрдые, распылённые, расплавленные и вновь затвердевшие, облучённые ультрафиолетовым светом, рентгеновскими лучами и протонами… » Ни один не рассеивал свет назад так сильно, как Луна. Наконец, было обнаружено, что закон рассеяния, подобный лунному, дают мелкодисперсные структуры с чрезвычайно развитой пористостью . Но едва ли можно было ожидать, что существование подобного «пуха» поддерживается в реальных условиях поверхности Луны. Не говоря уже о частых слабых «лунотрясениях» , там играет немалую роль электростатическая эрозия и «оползание» поверхностного материала . Исследования лунного грунта – как «на местах», с помощью «Сервейеров», так и в земных лабораториях – показали, что никаких «пушистых структур» в нём нет. Грунт Луны «мелкозернистый, слабосвязный с примесью гравия и мелких камней » . Лунный «реголит легко слипается в отдельные рыхлые комки и легко формуется. Несмотря на заметную слипаемость, он обладает неустойчивой, легко нарушаемой структурой » . В довершение этих обескураживающих открытий, в земных лабораториях лунные образцы отнюдь не демонстрировали лунного закона рассеяния . Исследования феномена зашли в тупик.

Между тем, этот феномен находит простое естественное объяснение – как результат вибраций «зыбкого пространства». Вспомним, что, в «обычных» условиях, зеркальное отражение объясняется следующим образом. Участок плоского волнового фронта падает на плоскую поверхность – чьи точки, до которых дошёл этот фронт, немедленно становятся источниками вторичных сферических волн, по принципу Гюйгенса-Френеля. Огибающая вторичных сферических волновых фронтов является участком плоского фронта – который и является зеркально отражённым. Заметим, что это классическое объяснение подразумевает интерференцию вторичных волновых фронтов – а для этого необходимо, чтобы площадь когерентности была больше того участка отражающей поверхности, на который падает исходный участок фронта. Но в «зыбком пространстве», с учётом вышеизложенного, понятие «когерентность» теряет всякий смысл. Для каждого канала Навигатора, просчитывающего адрес переброса одного кванта, уже при характерном размере «площадки когерентности», меньшем длины волны, будет иметь место не набор вторичных сферических волн, исходящих из различных точек рассеивающей поверхности – вторичные сферические волны будут исходить из одной точки этой поверхности. По логике алгоритмов Навигатора, расчёты продолжаются лишь для наиболее вероятных направлений поиска атома-адресата – а таковыми являются те, на которые приходятся наложения различных пиков поисковых волн (одного и того же канала Навигатора). В рассматриваемом случае, выходящие из одной точки вторичные сферические волны смогут наложиться лишь на пики падающей волны – давая всплески вероятностей на линии, по которой идёт эта падающая волна. Таким образом, если квант света не будет поглощён поверхностью, и Навигатор будет вынужден продолжить поиск адресата для его переброса, то «отражение» от поверхности будет, с наибольшей вероятностью, обратное – независимо от угла падения.

Каковы физические следствия феномена обратного рассеяния? Если Луна отражает всего около 7% от падающего солнечного света, и если почти весь этот отражённый свет идёт в том направлении, откуда он пришёл, то наблюдатель на Луне никоим образом не увидит залитых солнечным светом пейзажей. Для наблюдателя даже на освещённой Солнцем стороне Луны царят сумерки – что демонстрируют, например, первые же фотографические панорамы, сделанные на поверхности Луны советскими аппаратами, начиная с «Луны-9» (см, например, ), а также большой архив телевизионных изображений, переданных «Луноходом-1» . Наблюдатель на Луне сможет увидеть ярко освещёнными либо те объекты, которые находятся вблизи воображаемой прямой, проведённой от Солнца через его голову, либо те, которые он подсвечивает сам, держа источник света вблизи своих глаз. Помимо сумерек, царящих даже на освещённой Солнцем стороне Луны, из-за феномена обратного рассеяния там наблюдаются совершенно чёрные тени – а не серые, как на Земле, поскольку на Луне области тени не подсвечиваются рассеянным светом ни от освещённых участков, ни от атмосферы, которой на Луне нет. Рис.5 воспроизводит одну из панорам, снятых Луноходом-1 – сразу бросается в

Рис.5

глаза характерная чернота с противосолнечной стороны – на платформе, с которой съехал Луноход-1, а также на неровностях лунной поверхности. Рис.5 хорошо передаёт типичные признаки настоящего лунного освещения.

Небольшое обсуждение.

Выше мы постарались дать объяснения феноменам потери цветности и обратного рассеяния света, имеющим место в окололунном пространстве. Возможно, кому-то удастся объяснить эти феномены лучше, чем это удалось нам, но само наличие этих феноменов является бесспорным научным фактом – что подтверждают даже первые отчёты NASA по лунной программе .

Учёт факта наличия этих феноменов предоставляет новые, убийственные аргументы в поддержку тех, кто считает подделками кино- и фотоматериалы, которые, якобы, свидетельствуют о пребывании американских астронавтов на поверхности Луны. Ведь мы даём ключи для проведения простейшей и беспощадной независимой экспертизы. Если нам демонстрируют, на фоне залитых солнечным светом (!) лунных пейзажей, астронавтов, на скафандрах которых нет чёрных теней с противосолнечной стороны, или неплохо освещённую фигуру астронавта в тени «лунного модуля», или цветные (!) кадры с колоритной передачей цветов американского флага – то это всё неопровержимые улики, кричащие о фальсификации. Фактически, нам не известно ни одного кино- или фотодокумента, изображающего астронавтов на Луне при настоящем лунном освещении и с настоящей лунной цветовой «палитрой».

Слишком аномальны физические условия на Луне – и нельзя исключить, что окололунное пространство губительно для земных организмов. На сегодня нам известна единственная модель, объясняющая короткодействие лунного тяготения, а заодно и происхождение сопутствующих аномальных оптических феноменов – это наша модель «зыбкого пространства». И если эта модель верна, то вибрации «зыбкого пространства», ниже некоторой высоты над поверхностью Луны, вполне способны разрывать слабые связи в молекулах белков – с разрушением их третичной и, возможно, вторичной структур. Насколько нам известно, из окололунного пространства живыми вернулись черепашки на борту советского аппарата «Зонд-5», который произвёл облёт Луны с минимальным удалением от её поверхности примерно в 2000 км. Возможно, что, при более близком к Луне прохождении аппарата, животные погибли бы в результате денатурации белков в их организмах. Если от космической радиации защититься весьма сложно, но всё-таки возможно – то от вибраций «зыбкого пространства» физической защиты нет.

Автор благодарит Ивана, автора сайта http://ivanik3.narod.ru , за любезную помощь в доступе к первоисточникам, а также О.Ю.Пивовара – за полезное обсуждение.

1. А.А.Гришаев. Межпланетные полёты и концепция локально-абсолютных скоростей. – Доступна на данном сайте.

2. А.А.Гришаев. «Зыбкое пространство», порождающее собственное тяготение Луны. – Доступна на данном сайте.

3. А.А.Гришаев. Эксперимент Майкельсона-Морли: детектирование локально-абсолютной скорости? – Доступна на данном сайте. П.Г.Куликовский. Справочник астронома-любителя. «Гос. изд-во технико-теоретической литературы», М., 1953.

9. З.Копал. Луна. Наш ближайший небесный сосед. «Изд-во иностранной литературы», М., 1963.

10. А.А.Гришаев. Новый взгляд на химическую связь и на парадоксы молекулярных спектров. – Доступна на данном сайте.

11. Т.Коттрелл. Прочность химических связей. «Изд-во иностранной литературы», М., 1956.

12. O.W.Richardson. Molecular Hydrogen and its Spectrum. 1934.

13. Р.Пирс, А.Гейдон. Отождествление молекулярных спектров. «Изд-во иностранной литературы», М., 1949.

14. Б.Хапке. Оптические свойства лунной поверхности. В: «Физика и астрономия Луны», З.Копал, ред. «Мир», М., 1973.

15. L. D. Jaffe, E. M. Shoemaker, S. E. Dwornik et al. NASA Technical Report No. 32-1023. Surveyor I Mission Report, Part II. Scientific Data and Results. Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, California, September 10, 1966.

16. H.E.Newell. Surveyor: Candid Camera on the Moon. Natl . Geograph . Mag., 130 (1966) 578.

17. В.Н.Жарков, В.А.Паньков и др. Введение в физику Луны. «Наука», М., 1969.

18. М.У.Сагитов. Лунная гравиметрия. «Наука», М., 1979.

19. Т.Голд. Эрозия, транспортировка поверхностного материала и природа морей. В сб.: «Луна», С.Ранкорн и Г.Юри, ред. «Мир», М., 1975.

20. И.И.Черкасов, В.В.Шварев. Грунт Луны. «Наука», М., 1975.

21. Веб-ресурс

Со световыми явлениями человек сталкивается постоянно. Все, что связано с возникновением света, его распространением и взаимодействием с веществом, называют световыми явлениями. Яркими примерами оптических явлений могут быть: радуга после дождя, молния во время грозы, мерцание звезд в ночном небе, игра света в потоке воды, изменчивость океана и неба и многие другие.

Школьники получают научное объяснение физическим явлениям и оптическим примерам в 7 классе, когда начинают изучать физику. Для многих оптика станет самым увлекательным и загадочным разделом в школьной программе физики.

Что видит человек?

Глаза человека устроены так, что он может воспринимать только цвета радуги. Сегодня уже известно, что спектр радуги не ограничивается красным цветом с одной стороны и фиолетовым с другой. За красным идет инфракрасный цвет, за фиолетовым находится ультрафиолетовый. Многие животные и насекомые способны видеть эти цвета, но люди, к сожалению, не могут. Но зато человек может создавать приборы, которые принимают и излучают световые волны соответствующей длины.

Преломление лучей

Видимый свет - это радуга цветов, а свет белого цвета, например, солнечный, является простым сочетанием этих цветов. Если поместить призму в луч яркого белого света, то он распадется на цвета или на волны разной длины, из которых состоит. Сначала появится красный с большей длиной волны, потом оранжевый, желтый, зеленый, синий и напоследок фиолетовый, который имеет наименьшую длину волны в видимом свете.

Если взять другую призму, чтобы поймать свет радуги и перевернуть с ног на голову, она соединит все цвета в белый. Примеров оптических явлений в физике множество, рассмотрим некоторые из них.

Почему небо голубое?

Молодых родителей часто ставят в тупик самые простые, на первый взгляд, вопросы их маленький почемучек. Иногда сложнее всего на них отвечать. Практически все примеры оптических явлений в природе может объяснить современная наука.

Солнечный свет, который освещает небо днем, белого цвета, а значит, теоретически небо тоже должно быть ярко белым. Для того чтобы оно смотрелось голубым, необходимы какие-то процессы со светом в момент его прохождения через атмосферу Земли. Вот что происходит: некоторая часть света проходит через свободное пространство между молекулами газа в атмосфере, достигая земной поверхности и оставаясь такого же белого цвета, как в начале пути. Но солнечный свет наталкивается на молекулы газов, которые, как и кислород, поглощаются, а потом рассеиваются во все стороны.

Атомы в молекулах газа активизируются поглощаемым светом и снова излучают фотоны света волнами различной длины - от красного до фиолетового цвета. Таким образом, некоторая часть света направляется к земле, остальная часть отправляется назад к Солнцу. Яркость излучаемого света зависит от цвета. Восемь фотонов синего света выпускаются на каждый фотон красного. Поэтому синий свет в восемь раз ярче красного. Интенсивный синий свет излучается со всех сторон из миллиардов молекул газа и достигает наших глаз.

Разноцветная арка

Когда-то люди думали, что радуги - это знаки, которые посылают им боги. Действительно, прекрасные разноцветные ленты всегда появляются в небе из ниоткуда, и потом так же таинственно исчезают. Сегодня мы знаем, что радуга - один из примеров оптических явлений в физике, но не перестаем ею восхищаться каждый раз, когда наблюдаем ее на небе. Интересно то, что каждый наблюдатель видит другую радугу, сотворенную лучиками света, идущими сзади него, и из дождевых капель перед ним.

Из чего состоят радуги?

Рецепт этих оптических явлений в природе простой: капельки воды в воздухе, свет и наблюдатель. Но недостаточно того, чтобы во время дождя появилось солнце. Оно должно находиться низко, а наблюдатель должен стоять так, чтобы солнце было за ним, и смотреть на место, где идет или только что прошел дождь.

Солнечный луч, идущий из далекого космоса, настигает дождевую каплю. Действуя как призма, дождевая капля преломляет каждый цвет, спрятанный в белом свете. Таким образом, когда белый луч проходит через дождевую каплю, он внезапно расщепляется на красивые разноцветные лучики. Внутри капли они наталкиваются на внутреннюю ее стенку, которая действует, как зеркало, и лучи отражаются в том же направлении, откуда проникли в каплю.

В итоге глаза видят радугу цветов в виде арки через небо - свет, согнутый и отраженный миллионами крошечных дождевых капель. Они могут действовать, как маленькие призмы, расщепляя белый свет на спектр цветов. Но и дождь не всегда необходим, чтобы увидеть радугу. Свет может также преломляться от тумана или испарений с моря.

Какого цвета вода?

Ответ очевиден - вода имеет голубой цвет. Если налить чистую воду в стакан, все увидят ее прозрачность. Это из-за того, что в стакане слишком мало воды и ее цвет слишком бледный, чтобы увидеть его.

При наполнении большой стеклянной емкости можно увидеть натуральный голубой оттенок воды. Цвет ее зависит от того, каким образом молекулы воды поглощают или отражают свет. Белый свет сложен из радуги цветов, и молекулы воды поглощают большую часть цветов спектра с красного по зеленый, который проходит сквозь них. А синяя часть отражается обратно. Таким образом, мы видим синий цвет.

Рассветы и закаты

Это также примеры оптических явлений, которые человек наблюдает каждый день. Когда солнце всходит и заходит, оно направляет свои лучи под углом к тому месту, где находится наблюдатель. Они имеют более длительный путь, чем когда солнце находится в зените.

Слои воздуха над поверхностью Земли часто вмещают много пыли или микроскопических частиц влаги. Солнечные лучи проходят под углом к поверхности и фильтруются. Лучи красного цвета имеют самую длинную волну излучения и поэтому легче пробиваются к земле, чем голубые, имеющие короткие волны, которые отбиваются частичками пыли и воды. Поэтому во время утренней и вечерней зари человек наблюдает только часть солнечных лучей, которые достигают земли, а именно красные.

Световое шоу планеты

Типичное полярное сияние - это разноцветное сияние на ночном небе, которое можно наблюдать каждую ночь на Северном полюсе. Меняющиеся в причудливых формах огромные полосы сине-зеленого света с оранжевыми и красными пятнами иногда достигают более 160 км в ширину и могут простираться на 1600 км в длину.

Как объяснить это оптическое явление, представляющее собой такое захватывающее зрелище? Сияния появляются на Земле, но вызываются они процессами, происходящими на далеком Солнце.

Как все происходит?

Солнце представляет собой огромный газовый шар, состоящий, в основном, из атомов водорода и гелия. Все они имеют протоны с позитивным зарядом и вращающиеся вокруг них электроны с отрицательным зарядом. Постоянно ореол раскаленного газа распространяется в космос в виде солнечного ветра. Это бесчисленное множество протонов и электронов несется со скоростью 1000 км в секунду.

Когда частицы солнечного ветра достигают Земли, они притягиваются сильным магнитным полем планеты. Земля - это гигантский магнит с магнитными линиями, которые сходятся у Северного и Южного полюсов. Притянутые частицы потоками располагаются вдоль этих невидимых линий неподалеку от полюсов и сталкиваются с атомами азота и кислорода, из которых состоит атмосфера Земли.

Некоторые из земных атомов теряют свои электроны, другие заряжаются новой энергией. После столкновения с протонами и электронами Солнца они отдают фотоны света. Например, потерявший электроны азот притягивает фиолетовый и синий свет, а заряженный азот сияет темно-красным светом. Заряженный кислород отдает зеленый и красный свет. Таким образом, заряженные частицы заставляют воздух переливаться многими цветами. Это и есть полярное сияние.

Миражи

Сразу следует определить, что миражи - не плод человеческого воображения, их можно даже сфотографировать, они являются почти мистическими примерами оптических физических явлений.

Свидетельств о наблюдении миражей очень много, но наука может дать научное объяснение этому чуду. Они могут быть простыми, как например, клочок воды среди раскаленных песков, а могут быть потрясающе сложными, сооружая видения висящих замков с колоннами или фрегатов. Все эти примеры оптических явлений создаются игрой света и воздуха.

Световые волны искривляются, когда проходят сначала сквозь теплый, затем холодный воздух. Горячий воздух более разрежен, чем холодный, поэтому его молекулы более активные и расходятся на более далекие расстояния. С понижением температуры уменьшается и движение молекул.

Видения, наблюдаемые сквозь линзы земной атмосферы, могут быть сильно измененными, сжатыми, расширенными или перевернутыми. Это потому, что лучи света искривляются, проходя сквозь теплый, а затем холодный воздух, и наоборот. И те образы, которые несет с собой световой поток, например небо, могут отразиться на раскаленном песке и казаться клочком воды, который всегда отдаляется при приближении.

Чаще всего миражи можно наблюдать на больших расстояниях: в пустынях, морях и океанах, где одновременно могут находиться горячий и холодный слои воздуха с разной плотностью. Именно прохождение через разные температурные слои способно перекрутить световую волну и получить в итоге видение, являющееся отражением чего-либо и преподнесенное фантазией как реальное явление.

Гало

Для большинства оптических иллюзий, которые можно наблюдать невооруженным глазом, объяснением является преломление солнечных лучей в атмосфере. Одним среди самых необычных примеров оптических явлений выступает солнечное гало. По сути, гало - радуга вокруг солнца. Однако она отличается от обычной радуги как по внешнему виду, так и по своим свойствам.

Это явление имеет немало разновидностей, каждая из которых красива по-своему. Но для возникновения любого вида этой оптической иллюзии необходимы определенные условия.

Гало возникает на небе при совпадении нескольких факторов. Чаще всего его можно увидеть в морозную погоду при высокой влажности. В воздухе при этом присутствует большое количество ледяных кристаллов. Пробиваясь сквозь них, солнечный свет преломляется таким образом, что образует дугу вокруг Солнца.

И хотя последних 3 примера оптических явлений легко объясняются современной наукой, для обыкновенного наблюдателя они часто остаются мистикой и загадкой.

Рассмотрев основные примеры оптических явлений, можно с уверенностью полагать, что многие из них объясняются современной наукой, несмотря на свою мистичность и загадочность. Но впереди у ученых еще очень много открытий, разгадок таинственных явлений, которые происходят на планете Земля и за ее пределами.

В школе изучает тему «Оптические явления в атмосфере» 6 класс. Однако она представляет интерес не только для пытливого детского ума. Оптические явления в атмосфере, с одной стороны, объединяют радугу, изменение цвета неба во время рассветов и закатов, не раз виденные всеми. С другой - в их число входят таинственные миражи, ложные Луны и Солнца, впечатляющие гало, в прошлом наводившие ужас на людей. Механизм образования некоторых из них до конца остается непонятным и сегодня, однако общий принцип, по которому «живут» оптические явления в природе, современная физика хорошо изучила.

Воздушная оболочка

Атмосфера Земли представляет собой оболочку, состоящую из смеси газов и простирающуюся примерно на 100 км над уровнем моря. Плотность воздушного слоя меняется по мере удаления от земли: наибольшее ее значение у поверхности планеты, с высотой оно уменьшается. Атмосферу нельзя назвать статичным формированием. Слои газовой оболочки постоянно двигаются, перемешиваются. Меняются их характеристики: температура, плотность, скорость перемещения, прозрачность. Все эти нюансы оказывают влияние на солнечные лучи, устремляющиеся к поверхности планеты.

Оптическая система

Процессы, происходящие в атмосфере, а также ее состав способствуют поглощению, преломлению и отражению световых лучей. Часть их достигает цели — земной поверхности, другая рассеивается или же перенаправляется обратно в космическое пространство. В результате искривления и отражения света, распада части лучей на спектр и так далее образуются разнообразные оптические явления в атмосфере.

Видео по теме

Атмосферная оптика

Во времена, когда наука только зарождалась, люди объясняли оптические явления исходя из сложившихся представлений об устройстве Вселенной. Радуга соединяла человеческий мир с божественным, появление на небе двух ложных Солнц свидетельствовало о приближающихся катастрофах. Сегодня большинство феноменов, пугавших наших далеких предков, получило научное объяснение. Изучением подобных феноменов занимается атмосферная оптика. Оптические явления в атмосфере эта наука описывает, основываясь на законах физики. Она способна объяснить, почему небо голубое днем, а во время захода и рассвета меняет цвет, как образуется радуга и откуда берутся миражи. Многочисленные исследования и эксперименты сегодня позволяют понять такие оптические явления в природе, как появление светящихся крестов, Фата-моргана, радужные гало.

Синее небо

Цвет неба настолько привычен, что мы редко задумываемся, почему он такой. Тем не менее физикам ответ хорошо известен. Ньютон доказал, что луч света при определенных условиях раскладывается на спектр. При прохождении атмосферы его часть, соответствующая синему цвету, рассеивается лучше. Красный участок видимого излучения характеризуется большей длинной волны и уступает фиолетовому по степени рассеивания в 16 раз.

При этом небо мы видим не фиолетовым, а голубым. Причина этого кроется в особенностях устройства сетчатки и соотношении участков спектра в солнечном свете. Наши глаза более чувствительны к синему, а фиолетовый участок в спектре светила менее интенсивный, чем синий.

Алый закат

Когда люди разобрались, что такое атмосфера, оптические явления перестали быть для них свидетельством или предзнаменованием грозных событий. Однако научный подход не мешает получать эстетическое удовольствие от красочных закатов и нежных рассветов. Яркие красные и оранжевые цвета вместе с розовым и голубым постепенно уступают ночной темноте или утреннему свету. Невозможно наблюдать два одинаковых рассвета или заката. А причина этого кроется во все той же подвижности атмосферных слоев и смене погодных условий.

Во время закатов и рассветов солнечные лучи преодолевают более длинный путь до поверхности, чем днем. В результате рассеянный фиолетовый, синий и зеленый уходят в стороны, а прямой свет окрашивается в красный и оранжевый. Свою лепту в картину заката и рассвета вносят облака, пыль или частички льда, взвешенные в воздухе. Свет преломляется, проходя через них, и окрашивает небо в самые разные оттенки. На противоположном от Солнца участке горизонта нередко можно наблюдать так называемый Пояс Венеры — розовую полосу, разделяющую ночное темное небо и голубое дневное. Красивое оптическое явление, названное в честь римской богини любви, видно перед рассветом и после заката.

Радужный мост

Пожалуй, никакие другие световые явления в атмосфере не вызывают в памяти столько мифологических сюжетов и сказочных образов, сколько связаны с радугой. Дуга или окружность, состоящая из семи цветов, каждому известна с детства. Красивое атмосферное явление, возникающее во время дождя, когда солнечные лучи проходят сквозь капли, завораживает даже тех, кто досконально изучил его природу.

А физика радуги сегодня ни для кого не секрет. Солнечный свет, преломляясь каплями дождя или тумана, расщепляется. В результате наблюдатель видит семь цветов спектра, от красного до фиолетового. Границы между ними определить невозможно. Цвета плавно переходят друг в друга через несколько оттенков.

При наблюдении радуги солнце всегда располагается за спиной человека. Центр улыбки Ириды (так называли радугу древние греки) располагается на линии, проходящей через наблюдателя и дневное светило. Обычно радуга предстает в виде полуокружности. Ее размер и форма зависят от положения Солнца и точки, в которой находится наблюдатель. Чем выше светило над горизонтом, тем ниже опускается окружность возможного появления радуги. Когда Солнце преодолевает отметку в 42º над горизонтом, наблюдатель на поверхности Земли не может увидеть радугу. Чем выше над уровнем моря располагается человек, желающий полюбоваться улыбкой Ириды, тем вероятнее, что он увидит не дугу, но окружность.

Двойная, узкая и широкая радуга

Нередко вместе с основной можно увидеть так называемую побочную радугу. Если первая образуется в результате однократного отражения света, то вторая является результатом двойного. Кроме того, основная радуга отличается определенным порядком цветов: красный располагается на внешней стороне, а фиолетовый — на внутренней, которая ближе к поверхности Земли. Побочный же «мостик» представляет собой обратный по последовательности спектр: фиолетовый оказывается вверху. Происходит так потому, что при двойном отражении из капли дождя лучи выходят под другими углами.

Радуги различаются по интенсивности цвета и ширине. Самые яркие и довольно узкие появляются после летней грозы. Большие капли, характерные для такого дождя, рождают хорошо заметную радугу с отчетливо различимыми цветами. Малые капли дают более расплывчатую и менее заметную радугу.

Оптические явления в атмосфере: полярное сияние

Одно из самых красивых атмосферных оптических явлений — полярное сияние. Оно характерно для всех планет, обладающих магнитосферой. На Земле полярные сияния наблюдаются в высоких широтах обоих полушарий, в зонах, окружающих магнитные полюса планеты. Чаще всего можно видеть зеленоватое или сине-зеленое свечение, иногда дополненное по краям всполохами красного и розового. Интенсивное полярное сияние по форме напоминает ленты или складки ткани, при затухании превращающиеся в пятна. Полосы высотой в несколько сотен километров хорошо выделяются по нижнему краю на фоне темного неба. Верхняя граница полярного сияния теряется в вышине.

Эти красивые оптические явления в атмосфере еще хранят свои тайны от людей: до конца не изучен механизм возникновения некоторых видов свечения, причина возникающего во время резких всполохов треска. Однако общая картина формирования полярных сияний сегодня известна. Небо над северным и южным полюсами украшается зеленовато-розовым свечением, когда заряженные частицы солнечного ветра сталкиваются с атомами верхних слоев земной атмосферы. Последние в результате взаимодействия получают дополнительную энергию и испускают ее в виде света.

Гало

Солнце и Луна нередко предстают перед нами окруженные свечением, напоминающим нимб. Это гало — хорошо заметное кольцо вокруг источника света. В атмосфере чаще всего оно образуется благодаря мельчайшим частичкам льда, составляющим перистые облака высоко над Землей. В зависимости от формы и размеров кристаллов меняются характеристики явления. Часто гало приобретает вид радужного круга в результате разложения светового луча на спектр.

Интересная разновидность явления носит название паргелий. В результате преломления света в кристаллах льда на уровне Солнца образуется два светлых пятна, напоминающих дневное светило. В исторических хрониках можно встретить описания этого феномена. В прошлом оно часто считалось предвестником грозных событий.

Мираж

Миражи — это тоже оптические явления в атмосфере. Они возникают в результате преломления света на границе между значительно различающимися по плотности слоями воздуха. В литературе описано множество случаев, когда путник в пустыне видел оазисы или даже города и замки, которых быть поблизости не могло. Чаще всего это «нижние» миражи. Они возникают над ровной поверхностью (пустыня, асфальт) и представляют собой отраженное изображение неба, кажущееся наблюдателю водоемом.

Так называемые верхние миражи встречаются реже. Они образуются над холодной поверхностью. Верхние миражи бывают прямыми и перевернутыми, иногда совмещают оба положения. Самым известным представителем этих оптических феноменов является Фата-моргана. Это сложный мираж, совмещающий сразу несколько типов отражений. Перед наблюдателем предстают реально существующие объекты, многократно отраженные и перемешенные.

Атмосферное электричество

Электрические и оптические явления в атмосфере нередко упоминаются вместе, хотя причины их возникновения различны. Поляризация облаков и образование молний связаны с процессами, протекающими в тропосфере и ионосфере. Гигантские искровые разряды формируются обычно во время грозы. Молнии возникают внутри облаков, могут ударять в землю. Они являются угрозой для жизни людей, и это одна из причин научного интереса к подобным явлениям. Некоторые свойства молний до сих пор остаются загадкой для исследователей. Сегодня неизвестна причина возникновения шаровых молний. Как и в случае с некоторыми аспектами теории полярных сияний и миражей, электрические феномены продолжают интриговать ученых.

Оптические явления в атмосфере, кратко описанные в статье, с каждым днем становятся все более понятными для физиков. При этом они, как и молнии, не перестают восхищать людей своей красотой, таинственностью и порой грандиозностью.

Волгоградская муниципальная гимназия №1

Экзаменационная работа

по физике на тему:

«Оптические явления в природе»

Выполнили

ученицы 9класса «Б»

Покусаева В.О.

Трубникова М.В.

План

1. Введение

а) Что такое оптика?

б) Виды оптики

в) Роль оптики в развитии современной физики

2. Явления, связанные с отражением света

а) Предмет и его отражение

б) Зависимость коэффициента отражения от угла падения света

в) Защитные стекла

д) Полное отражение света

е) Цилиндрический световод

ж) Алмазы и самоцветы

3. Явления, связанные с преломлением света

б) Радуга

4. Полярные сияния

Введение

Что такое оптика?

Первые представления древних ученых о свете были весьма наивны. Считалось, что из глаз выходят особые тонкие щупальцы и зрительные впечатления возникают при ощупывании ими предметов. Тогда под оптикой понимали науку о зрении. Именно такой точный смысл слова «оптика». В средние века оптика постепенно из науки о зрении превратилась в науку о свете, этому способствовало изобретение линз и камеры-обскуры. В современное время оптика - это раздел физики, в котором исследуется испускание света, его распространение в различных средах и взаимодействие с веществом. Что же касается вопросов, связанных со зрением, устройство и функционирование глаза, то они выделились в специальное научное направление, называемое физиологической оптикой.

Виды оптики

При рассмотрении многих оптических явлений можно пользоваться представлением о световых лучах – геометрических линиях, вдоль которых распространяется световая энергия. В этом случае говорят о геометрической (лучевой) оптике.

Геометрическая оптика широко используется в светотехнике и при рассмотрении действий многочисленных приборов и устройств – начиная от лупы и очков и кончая сложнейшими оптическими микроскопами и телескопами.

В начале XIX века развернулись интенсивные исследования открытых ранее явлений интерференции, дифракции и поляризации света. Эти явления не находили объяснения в рамках геометрической оптики, необходимо было рассматривать свет в виде поперечных волн. Так возникла волновая оптика. Первоначально полагали, что свет - это упругие волны в некоторой среде (мировом эфире), которая будто бы заполняет все мировое пространство.

В 1864 году английский физик Джеймс Максвелл создал электромагнитную теорию света, согласно которой волны света – это электромагнитные волны с соответствующим диапазоном длин.

Исследования, выполненные в начале XX века, показали, что для объяснения некоторых явлений, например фотоэффекта, необходимо представить световой пучок в виде потока своеобразных частиц – световых квантов (фотонов). Еще 200 лет назад Исаак Ньютон придерживался аналогичной точки зрения на природу света в своей «теории истечения света». Теперь представление о световых квантах изучает квантовая оптика.

Роль оптики в развитии современной физики.

Роль оптики в развитии современной физики велика. Возникновение двух наиболее важных и революционных теорий двадцатого столетия (квантовой механики и теории относительности) в существенной мере связано с оптическими исследованиями. Оптические методы анализа вещества на молекулярном уровне породили специальное научное направление – молекулярную оптику. К ней тесно примыкает оптическая спектроскопия, применяемая в современном материаловедении, при исследованиях плазмы, в астрофизике. Существуют также электронная и нейтронная оптики; созданы электронный микроскоп и нейтронное зеркало. Разработаны оптические модели атомных ядер.

Способствуя развитию разных направлений современной физики, оптика в то же время и сама переживает сегодня период бурного развития. Основной толчок этому развитию дало изобретение интенсивных источников когерентного света – лазеров. В результате волновая оптика поднялась на более высокую ступень, соответствующую когерентной оптике. Трудно даже перечислить все новейшие научно-технические направления, развивающиеся благодаря появлению лазеров. Среди них нелинейная оптика, голография, радиооптика, пикосекундная оптика, адаптивная оптика и другие. Радиооптика возникла на стыке радиотехники и оптики; она исследует оптические методы передачи и обработки информации. Эти методы обычно сочетают с традиционными электронными методами; в результате сложилось научно-техническое направление, называемое оптоэлектронникой. Передача световых сигналов по диэлектрическим волокнам составляет предмет волоконной оптики. Используя достижения нелинейной оптики, можно исправлять волновой фронт светового пучка, искажающийся при распространении света в той или иной среде, например в атмосфере или в воде. В результате возникла и интенсивно развивается так называемая адоптивная оптика. К ней тесно примыкает зарождающаяся на наших глазах фотоэнергетика, занимающаяся, в частности, вопросами эффективной передачи световой энергии по лучу света. Современная лазерная техника позволяет получать световые импульсы длительностью порядка всего лишь пикосекунды. Такие импульсы оказываются уникальным «инструментом» для исследования целого ряда быстропротекающих процессов в веществе, и в частности в биологических структурах. Возникло и развивается специальное направление – пикосекундная оптика; к нему тесно примыкает фотобиология. Можно без преувеличения сказать, что широкое практическое использование достижений современной оптики – обязательное условие научно-технического прогресса. Оптика открыла человеческому разуму дорогу в микромир, она же позволила ему проникнуть в тайны звездных миров. Оптика охватывает все стороны нашей практической деятельности.

Явления, связанные с отражением света.

Предмет и его отражение

То, что отраженный в стоячей воде пейзаж не отличается от реального, а только перевернут «вверх ногами» далеко не так.

Если человек посмотрит поздним вечером, как отражаются в воде светильники или как отражается берег, спускающийся к воде, то отражение покажется ему укороченным и совсем «исчезнет», если наблюдатель находится высоко над поверхностью воды. Также никогда нельзя увидеть отражение верхушки камня, часть которого погружена в воду.

Пейзаж видится наблюдателю таким, как если бы на него смотрели из точки, находящейся на столько глубже поверхности воды, насколько глаз наблюдателя находится выше поверхности. Разница между пейзажем и его изображением уменьшается по мере приближения глаза к поверхности воды, а так же по мере удаления объекта.

Часто людям кажется, что отражение в пруду кустов и деревьев отличается большей яркостью красок и насыщенностью тонов. Эту особенность также можно заметить, наблюдая отражение предметов в зеркале. Здесь большую роль играет психологическое восприятие, чем физическая сторона явления. Рама зеркала, берега пруда ограничивают небольшой участок пейзажа, ограждая боковое зрение человека от избыточного рассеянного света, поступающего со всего небосвода и ослепляющего наблюдателя, то есть он смотрит на небольшой участок пейзажа как бы через темную узкую трубу. Уменьшение яркости отраженного света по сравнению с прямым облегчает людям наблюдение неба, облаков и других яркоосвещенных предметов, которые при прямом наблюдении оказывается слишком ярким для глаза.

Зависимость коэффициента отражения от угла падения света.

На границе двух прозрачных сред свет частично отражается, частично проходит в другую среду и преломляется, частично поглощается средой. Отношение отраженной энергии к падающей называют коэффициентом отражения. Отношение энергии света, прошедшего через вещество, к энергии падающего света называют коэффициентом пропускания.

Коэффициенты отражения и пропускания зависят от оптических свойств, граничащих между собой сред и угла падения света. Так, если свет падает на стеклянную пластинку перпендикулярно (угол падения α=0), то отражается всего лишь 5% световой энергии, а 95% проходит через границу раздела. При увеличении угла падения доля отраженной энергии возрастает. При угле падения α=90˚ она равна единице.

Зависимость интенсивности отраженного и проходящего через стеклянную пластинку света можно проследить, располагая пластинку под различными углами к световым лучам и оценивая интенсивность на глаз.

Интересно также оценить на глаз интенсивность света, отраженного от поверхности водоема, в зависимости от угла падения, пронаблюдать отражение солнечных лучей от окон дома при различных углах падения днем, при закате, восходе светила.

Защитные стекла

Обычные оконные стекла частично пропускают тепловые лучи. Это хорошо для использования их в северных районах, а также для парников. На юге же помещения настолько перегреваются, что работать в них тяжело. Защита от Солнца сводится либо к затемнению здания деревьями, либо к выбору благоприятной ориентации здания при перестройке. И то и другое иногда бывает затруднительным и не всегда выполнимым.

Для того чтобы стекло не пропускало тепловые лучи, его покрывают тонкими прозрачными пленками окислов металлов. Так, оловянно-сурьмяная пленка не пропускает более половины тепловых лучей, а покрытия содержащие окись железа, полностью отражают ультрафиолетовые лучи и 35-55% тепловых.

Растворы пленкообразующих солей наносят из пульверизатора на горячую поверхность стекла во время его тепловой обработки или формования. При высокой температуре соли переходят в окиси, крепко связанные с поверхностью стекла.

Подобным образом изготовляют стекла для светозащитных очков.

Полное внутреннее отражение света

Красивое зрелище представляет собой фонтан, у которого выбрасываемые струи освещаются изнутри. Это можно изобразить в обычных условиях, проделав следующий опыт (рис. 1). В высокой консервной банке на высоте 5 см от дна надо просверлить круглое отверстие (а ) диаметром 5-6 мм. Электрическую лампочку с патроном надо аккуратно обернуть целлофановой бумагой и расположить ее напротив отверстия. В банку надо налить воды. Открыв отверстие а , получим струю, которая будет освещена изнутри. В темной комнате она ярко светится и опят выглядит очень эффектно. Струе можно придать любую окраску, поместив на пути лучей света цветное стекло б . Если на пути струи подставить палец, то вода разбрызгивается и эти капельки ярко светятся.

Объяснение этого явления довольно простое. Луч света проходит вдоль струи воды и попадает на изогнутую поверхность под углом, большим предельного, испытывает полное внутреннее отражение, а затем опять попадает на противоположную сторону струи под углом опять больше предельного. Так луч проходит вдоль струи изгибаясь вместе с ней.

Но если бы свет полностью отражался внутри струи, то она не была бы видна извне. Часть света рассеивается водой, пузырьками воздуха и различными примесями, имеющимися в ней, а также вследствие неровностей поверхности струи, поэтому она видна снаружи.

Цилиндрический световод

Если направить световой пучок в один торец сплошного стеклянного изогнутого цилиндра, можно заметить, что свет будет выходить из его другого торца (рис. 2); через боковую поверхность цилиндра свет почти не выходит. Прохождение света по стеклянному цилиндру объясняется тем, что, падая на внутреннюю поверхность цилиндра под углом, больше предельного, свет многократно испытывает полное отражение и достигает конца.

Чем тоньше цилиндр, тем чаще будут происходить отражения луча и тем большая часть света будет падать на внутреннюю поверхность цилиндра под углами, большими предельного.

Алмазы и самоцветы

В Кремле существует выставка алмазного фонда России.

В зале свет слегка приглушен. В витринах сверкают творения ювелиров. Здесь можно увидеть такие алмазы, как «Орлов», «Шах», «Мария», «Валентина Терешкова».

Секрет прелестной игры света в алмазах, заключается в том, что этот камень имеет высокий показатель преломления (n=2,4173) и вследствие этого малый угол полного внутреннего отражения (α=24˚30′) и обладает большей дисперсией, вызывающей разложение белого света на простые цвета.

Кроме того, игра света в алмазе зависит от правильности его огранки. Грани алмаза многократно отражают свет внутри кристалла. Вследствие большой прозрачности алмазов высокого класса свет внутри них почти не теряет своей энергии, а только разлагается на простые цвета, лучи которых затем вырываются наружу в различных, самых неожиданных направлениях. При повороте камня меняются цвета, исходящие из камня, и кажется, что сам он является источником многих ярких разноцветных лучей.

Встречаются алмазы, окрашенные в красный, голубоватый и сиреневый цвета. Сияние алмаза зависит от его огранки. Если смотреть сквозь хорошо ограненный водяно-прозрачный бриллиант на свет, то камень кажется совершенно непрозрачным, а некоторые его грани выглядят просто черными. Это происходит потому, что свет, претерпевая полное внутреннее отражение, выходит в обратном направлении или в стороны.

Если смотреть на верхнюю огранку со стороны света, она сияет многими цветами, а местами блестит. Яркое сверкание верхних граней бриллианта называют алмазным блеском. Нижняя сторона бриллианта снаружи кажется как бы посеребренной и отливает металлическим блеском.

Наиболее прозрачные и крупные алмазы служат украшением. Мелкие алмазы находят широкое применение в технике в качестве режущего или шлифующего инструмента для металлообрабатывающих станков. Алмазами армируют головки бурильного инструмента для проходки скважин в твердых породах. Такое применение алмаза возможно из-за большой отличающей его твердости. Другие драгоценные камни в большинстве случаев являются кристаллами окиси алюминия с примесью окислов окрашивающих элементов – хрома (рубин), меди (изумруд), марганца (аметист). Они также отличаются твердостью, прочностью и обладают красивой окраской и «игрой света». В настоящее время умеют получать искусственным путем крупные кристаллы окиси алюминия и окрашивать их в желаемый цвет.

Явления дисперсии света объясняют многообразием красок природы. Целый комплекс оптических экспериментов с призмами в XVII веке провел английский ученый Исаак Ньютон. Эти эксперименты показали, что белый свет не является основным, его надо рассматривать как составной («неоднородный»); основными же являются различные цвета («однородные» лучи, или «монохроматические» лучи). Разложение белого света на различные цвета происходит по той причине, что каждому цвету соответствует своя степень преломляемости. Эти выводы, сделанные Ньютоном, согласуются с современными научными представлениями.

Наряду с дисперсией коэффициента преломления наблюдается дисперсия коэффициентов поглощения, пропускания и отражения света. Этим объясняются разнообразные эффекты при освещении тел. Например, если имеется какое-то прозрачное для света тело, у которого для красного света коэффициент пропускания велик, а коэффициент отражения мал, для зеленого же света наоборот: коэффициент пропускания мал, а коэффициент отражения велик, тогда в проходящем свете тело будет казаться красным, а в отраженном свете – зеленым. Такими свойствами обладает, например, хлорофилл – зеленое вещество, содержащееся в листьях растений и обуславливающее зеленый цвет. Раствор хлорофилла в спирту при рассматривании на просвет оказывается красным. В отраженном свете этот же раствор выглядит зеленым.

Если у какого-то тела коэффициент поглощения велик, а коэффициенты пропускания и отражения малы, то такое тело будет казаться черным и непрозрачным (например, сажа). Очень белое, непрозрачное тело (например, окись магния) имеет коэффициент отражения близкий к единице для всех длин волн, и очень малые коэффициенты пропускания и поглощения. Вполне прозрачное для света тело (стекло) имеет малые коэффициенты отражения и поглощения и близкий к единицы для всех длин волн коэффициент пропускания. У окрашенного стекла для некоторых длин волн коэффициенты пропускания и отражения практически равны нулю и, соответственно, значение коэффициента поглощения для этих же длин волн близко к единице.

Явления, связанные с преломлением света

Мираж

Некоторые виды миражей. Из большего многообразие миражей выделим несколько видов: «озерные» миражи, называемые также нижними миражами, верхние миражи, двойные и тройные миражи, миражи сверхдальнего видения.

Нижние («озерные») миражи возникают над сильно нагретой поверхностью. Верхние миражи возникают, наоборот, над сильно охлажденной поверхностью, например над холодной водой. Если нижние миражи наблюдают, как правило, в пустынях и степях, то верхние наблюдают в северных широтах.

Верхние миражи отличаются разнообразием. В одних случаях они дают прямое изображение, в других случаях в воздухе появляется перевернутое изображение. Миражи могут быть двойными, когда наблюдаются два изображения, простое и перевернутое. Эти изображения могут быть разделены полосой воздуха (одно может оказаться над линией горизонта, другое под ней), но могут непосредственно смыкаться друг с другом. Иногда возникает еще одно - третье изображение.

Особенно удивительны миражи сверхдальнего видения. К. Фламмарион в своей книге «Атмосфера» описывает пример подобного миража: «Опираясь на свидетельства нескольких лиц, заслуживающих доверия, я могу сообщить про мираж, который видели в городе Вервье (Бельгия) в июне 1815 г. Однажды утром жители города увидели в небе войско, и так ясно, что можно было различить костюмы артиллеристов и даже, например, пушку со сломанным колесом, которое вот-вот отвалится… Это было утро сражения при Ватерлоо!» Описанный мираж изображен в виде цветной акварели одним из очевидцев. Расстояние от Ватерлоо до Вервье по прямой линии составляет более 100км. Известны случаи, когда подобные миражи наблюдались и на больших расстояниях – до 1000км. «Летучего голландца» следует отнести именно к таким миражам.

Объяснение нижнего («озерного») миража. Если воздух у самой поверхности земли сильно нагрет и, следовательно, его плотность относительно мала, то показатель преломления у поверхности будет меньше, чем в более высоких воздушных слоях. Изменение показателя преломления воздуха n с высотой h вблизи земной поверхности для рассматриваемого случая показано на рисунке 3, а.

В соответствии с установленным правилом, световые лучи вблизи поверхности земли будут в данном случае изгибаться так, чтобы их траектория была обращена выпуклостью вниз. Пусть в точке A находится наблюдатель. Световой луч от некоторого участка голубого неба попадет в глаз наблюдателя, испытав указанное искривление. А это означает, что наблюдатель увидит соответствующий участок небосвода не над линией горизонта, а ниже ее. Ему будет казаться, что он видит воду, хотя на самом деле перед ним изображение голубого неба. Если представить себе, что у линии горизонта находятся холмы, пальмы или иные объекты, то наблюдатель увидит и их перевернутыми, благодаря отмеченному искривлению лучей, и воспримет как отражения соответствующих объектов в несуществующей воде. Так возникает иллюзия, представляющая собой «озерный» мираж.

Простые верхние миражи. Можно предположить, что воздух у самой поверхности земли или воды не нагрет, а, напротив, заметно охлажден по сравнению с более высокими воздушными слоями; изменение n с высотой h показано на рисунке 4, а. Световые лучи в рассматриваемом случае изгибаются так, что их траектория обращена выпуклостью вверх. Поэтому теперь наблюдатель может видеть объекты, скрытые от него за горизонтом, причем он будет видеть их вверху как бы висящими над линией горизонта. Поэтому такие миражи называют верхними.

Верхний мираж может давать как прямое, так и перевернутое изображение. Показанное на рисунке прямое изображение возникает, когда показатель преломления воздуха уменьшается с высотой относительно медленно. При быстром уменьшении показателя преломления образуется перевернутое изображение. В этом можно убедится, рассмотрев гипотетический случай – показатель преломления на некоторой высоте h уменьшается скачком (рис. 5). Лучи объекта, прежде чем попасть к наблюдателю А испытывают полное внутреннее отражение от границы ВС ниже которой в данном случае находится более плотный воздух. Видно, что верхний мираж дает перевернутое изображение объекта. В действительности нет скачкообразной границы между слоями воздуха, переход совершается постепенно. Но если он совершается достаточно резко, то верхний мираж даст перевернутое изображение (рис. 5).

Двойные и тройные миражи. Если показатель преломления воздуха изменяется сначала быстро, а затем медленно, то в этом случае лучи в области I будут искривляться быстрее, чем в области II. В результате возникают два изображения (рис. 6, 7). Световые лучи 1, распространяющиеся в пределах воздушной области I, формируют перевернутое изображение объекта. Лучи 2, распространяющиеся в основном в пределах области II, искривляются в меньшей степени и формируют прямое изображение.

Чтобы понять как появляется тройной мираж, нужно представить три последовательный воздушные области: первая (у самой поверхности), где показатель преломления уменьшается с высотой медленно, следующая, где показатель преломления уменьшается быстро, и третья область, где показатель преломления снова уменьшается медленно. На рисунке представлено рассматриваемое изменение показателя преломления с высотой. На рисунке показано, как возникает тройной мираж. Лучи 1 формируют нижнее изображение объекта, они распространяются в пределах воздушной области I. Лучи 2 формируют перевернутое изображение; попадаю в воздушную область II, эти лучи испытывают сильное искривление. Лучи 3 формируют верхнее прямое изображение объекта.

Мираж сверхдальнего видения. Природа этих миражей изучена менее всего. Ясно, что атмосфера должна быть прозрачной, свободной от водяных паров и загрязнений. Но этого мало. Должен образоваться устойчивый слой охлажденного воздуха на некоторой высоте над поверхностью земли. Ниже и выше этого слоя воздух должен быть более теплым. Световой луч, попавший внутрь плотного холодного слоя воздуха, как бы “запертым” внутри него и распространяется в нем как по своеобразному световоду. Траектория луча на рисунке 8 все время обращена выпуклостью в сторону менее плотных областей воздуха.

Возникновение сверхдальних миражей можно объяснить распространением лучей внутри подобных «световодов», которые иногда создает природа.

Радуга

Радуга – это красивое небесное явление – всегда привлекала внимание человека. В прежние времена, когда люди еще мало знали об окружающем мире, радугу считали «небесным знамением». Так, древние греки думали, что радуга - это улыбка богини Ириды.

Радуга наблюдается в стороне, противоположной Солнцу, на фоне дождевых облаков или дождя. Разноцветная дуга обычно находится от наблюдателя на расстоянии 1-2 км, а иногда ее можно наблюдать на расстоянии 2-3 м на фоне водяных капель, образованных фонтанами или распылителями воды.

Центр радуги находится на продолжении прямой, соединяющей Солнце и глаз наблюдателя – на противосолнечной линии. Угол между направлением на главную радугу и противосолнечной линией составляет 41-42º(рис. 9).

В момент восхода солнца противосолнечная точка (точка М) находится на линии горизонта и радуга имеет вид полуокружности. По мере поднятия Солнца противосолнечная точка опускается под горизонт и размер радуги уменьшается. Она представляет собой лишь часть окружности.

Часто наблюдается побочная радуга, концентрическая с первой, с угловым радиусом около 52º и обратным расположением цветов.

При высоте Солнца 41º главная радуга перестает быть видимой и над горизонтом выступает лишь часть побочной радуги, а при высоте Солнца более 52º не видна и побочная радуга. Поэтому в средних экваториальных широтах в околополуденные часы это явление природы никогда не наблюдается.

У радуги различают семь основных цветов, плавно переходящих один в другой.

Вид дуги, яркость цветов, ширина полос зависят от размеров капелек воды и их количества. Большие капли создают более узкую радугу, с резко выделяющимися цветами, малые – дугу расплывчатую, блеклую и даже белую. Вот почему яркая узкая радуга видна летом после грозового дождя, во время которого падают крупные капли.

Впервые теория радуги была дана в 1637 году Рене Декартом. Он объяснил радугу, как явление, связанное с отражением и преломлением света в дождевых каплях.

Образование цветов и их последовательность были объяснены позже, после разгадки сложной природы белого света и его дисперсии в среде. Дифракционная теория радуги разработана Эри и Партнером.

Можно рассмотреть простейший случай: пусть на капли, имеющих форму шара, падает пучок параллельных солнечных лучей (рис. 10). Луч, падающий на поверхность капли в точке А, преломляется внутри нее по закону преломления:

n sin α=n sin β, где n=1, n≈1,33 –

соответственно показатели преломления воздуха и воды, α – угол падения, а β – угол преломления света.

Внутри капли идет по прямой луч АВ. В точке В происходит частичное преломление луча и частичное его отражение. Надо заметить, что, чем меньше угол падения в точке В, а следовательно и в точке А, тем меньше интенсивность отраженного луча и тем больше интенсивность преломленного луча.

Луч АВ после отражения в точке В происходит под углом β`=β b попадает в точку С, где также происходит частичное отражение и частичное преломление света. Преломленный луч выходит из капли под углом γ, а отраженный может пройти дальше, в точку D и т. д. Таким образом, луч света в капле претерпевает многократное отражение и преломление. При каждом отражении некоторая часть лучей света выходит наружу и интенсивность их внутри капли уменьшается. Наиболее интенсивным из выходящих в воздух лучей является луч, вышедший из капли в точке В. Но наблюдать его трудно, так как он теряется на фоне ярких прямых солнечных лучей. Лучи же, преломленные в точке С, создают в совокупности на фоне темной тучи первичную радугу, а лучи, испытывающие преломление в точке D дают вторичную радугу, которая менее интенсивна, чем первичная.

При рассмотрении образования радуги нужно учесть еще одно явление – неодинаковое преломление волн света различной длины, то есть световых лучей разного цвета. Это явление носит название дисперсии. Вследствие дисперсии углы преломления γ и угла отклонения лучей Θ в капле различны для лучей различной окраски.

Чаще всего мы наблюдаем одну радугу. Нередки случаи, когда на небосводе появляются одновременно две радужные полосы, расположенные одна за другой; наблюдают и еще большее число небесных дуг – три, четыре и даже пять одновременно. Это интересное явление наблюдали ленинградцы 24 сентября 1948 года, когда во второй половине дня среди туч над Невой появились четыре радуги. Оказывается, что радуга может возникать не только от прямых лучей; нередко она появляется и в отраженных лучах Солнца. Это можно видеть на берегу морских заливов, больших рек и озер. Три-четыре радуги – обыкновенные и отраженные – создают подчас красивую картину. Так как отраженные от водной поверхности лучи Солнца идут снизу вверх, то радуга образующаяся в лучах, может выглядеть иногда совершенно необычно.

Не следует думать, что радугу можно наблюдать только днем. Она бывает и ночью, правда, всегда слабая. Увидеть такую радугу можно после ночного дождя, когда из-за туч выглянет Луна.

Некоторой подобие радуги можно получить на таком опыте: Нужно колбу, наполненную водой, осветить солнечных светом или лампой через отверстие в белой доске. Тогда на доске отчетливо станет видна радуга, причем угол расхождения лучей по сравнению с начальным направлением составит около 41-42°. В естественных условиях экрана нет, изображение возникает на сетчатке глаза, и глаз проецирует это изображение на облака.

Если радуга появляется вечером перед заходом Солнца, то наблюдают красную радугу. В последние пять или десять минут перед закатом все цвета радуги, кроме красного, исчезают, она становится очень яркой и видимой даже спустя десять минут после заката.

Красивое зрелище представляет собой радуга на росе. Ее можно наблюдать при восходе Солнца на траве, покрытой росой. Эта радуга имеет форму гиперболы.

Полярные сияния

Одним из красивейших оптических явлений природы является полярное сияние.

В большинстве случаев полярные сияния имеют зеленый или сине-зеленый оттенок с изредка появляющимися пятнами или каймой розового или красного цвета.

Полярные сияния наблюдают в двух основных формах – в виде лент и в виде облакоподобных пятен. Когда сияние интенсивно, оно приобретает форму лент. Теряя интенсивность, оно превращается в пятна. Однако многие ленты исчезают, не успев разбиться на пятна. Ленты как бы висят в темном пространстве неба, напоминая гигантский занавес или драпировку, протянувшуюся обычно с востока на запад на тысячи километров. Высота этого занавеса составляет несколько сотен километров, толщина не превышает нескольких сотен метров, причем так нежен и прозрачен, что сквозь него видны звезды. Нижний край занавеса довольно резко и отчетливо очерчен и часто подкрашен в красный или розоватый цвет, напоминающий кайму занавеса, верхний – постепенно теряется в высоте и это создает особенно эффектное впечатление глубины пространства.

Различают четыре типа полярных сияний:

Однородная дуга – светящаяся полоса имеет наиболее простую, спокойную форму. Она более ярка снизу и постепенно исчезает кверху на фоне свечения неба;

Лучистая дуга – лента становится несколько более активной и подвижной, она образует мелкие складки и струйки;

Лучистая полоса – с ростом активности более крупные складки накладываются на мелкие;

При повышении активности складки или петли расширяются до огромных размеров, нижний край ленты ярко сияет розовым свечением. Когда активность спадает, складки исчезают и лента возвращается к однородной форме. Это наводит на мысль, что однородная структура является основной формой полярного сияния, а складки связаны с возрастанием активности.

Часто возникают сияния иного вида. Они захватывают весь полярный район и оказываются очень интенсивными. Происходят они во время увеличения солнечной активности. Эти сияния представляются в виде беловато-зеленой шапки. Такие сияния называют шквалами.

По яркости сияния разделяют на четыре класса, отличающиеся друг от друга на один порядок (то есть в 10 раз). К первому классу относятся сияния, еле заметные и приблизительно равные по яркости Млечному Пути, сияние же четвертого класса освещают Землю так ярко, как полная Луна.

Надо отметить, что возникшее сияние распространяется на запад со скоростью 1 км/сек. Верхние слои атмосферы в области вспышек сияний разогреваются и устремляются вверх, что сказалось на усиленном торможении искусственных спутников Земли, проходящих эти зоны.

Во время сияний в атмосфере Земли возникают вихревые электрические токи, захватывающие большие области. Они возбуждают дополнительные неустойчивые магнитные поля, так называемые магнитные бури. Во время сияний атмосфера излучает рентгеновские лучи, которые, по-видимому, являются результатом торможения электронов в атмосфере.

Интенсивные вспышки сияния часто сопровождаются звуками, напоминающими шум, треск. Полярные сияния вызывают сильные изменения в ионосфере, что в свою очередь влияет на условия радиосвязи. В большинстве случаев радиосвязь значительно ухудшается. Возникают сильные помехи, а иногда полная потеря приема.

Как возникают полярные сияния. Земля представляет собой огромный магнит, южный полюс которого находится вблизи северного географического полюса, а северный - вблизи южного. Силовые линии магнитного поля Земли, называемые геомагнитными линиями, выходят из области, прилегающей к северному магнитному полюсу Земли, охватывает земной шар и входят в него в области южного магнитного полюса, образуя тороидальную решетку вокруг Земли.

Долго считалось, что расположение магнитных силовых линий симметрично относительно земной оси. Теперь выяснилось, что так называемый «солнечный ветер» – поток протонов и электронов, излучаемых Солнцем, налетаю на геомагнитную оболочку Земли с высоты около 20000 км, оттягивает ее назад, в сторону от Солнца, образуя у Земли своеобразный магнитный «хвост».

Электрон или протон, попавшие в магнитное поле Земли, движутся по спирали, как бы навиваясь на геомагнитную линию. Электроны и протоны, попавшие из солнечного ветра в магнитное поле Земли, разделяются на две части. Часть из них вдоль магнитных силовых линий сразу стекает в полярные области Земли; другие попадают внутрь тероида и движутся внутри него, как это можно по правилу левой руки, вдоль замкнутой кривой АВС. Эти протоны и электроны в конце концов по геомагнитным линиям также стекают в область полюсов, где возникает их увеличенная концентрация. Протоны и электроны производят ионизацию и возбуждение атомов и молекул газов. Для этого они имеют достаточно энергии, так как протоны прилетают на Землю с энергиями 10000-20000эв (1эв= 1.6 10 дж), а электроны с энергиями 10-20эв. Для ионизации же атомов нужно: для водорода – 13,56 эв, для кислорода - 13,56 эв, для азота – 124,47 эв, а для возбуждения еще меньше.

Возбужденные атомов газов отдают обратно полученную энергию в виде света, наподобие того, как это происходит в трубках с разреженным газом при пропускании через них токов.

Спектральное исследование показывает, что зеленое и красное свечение принадлежит возбужденным атомам кислорода, инфракрасное и фиолетовое – ионизованным молекулам азота. Некоторые линии излучения кислорода и азота образуются на высоте 110 км, а красное свечение кислорода – на высоте 200-400 км. Другим слабым источником красного света являются атомы водорода, образовавшие в верхних слоях атмосферы из протонов прилетевших с Солнца. Захватив электрон, такой протон превращается в возбужденный атом водорода и излучает красный свет.

Вспышки сияний происходят обычно через день-два после вспышек на Солнце. Это подтверждает связь между этими явлениями. Исследование при помощи ракет показало, что в местах большей интенсивности сияний имеется более значительная ионизация газов электронами.

В последнее время ученые установили, что полярные сияния более интенсивны у берегов океанов и морей.

Но научное объяснение всех явлений, связанных с полярными сияниями, встречает ряд трудностей. Например, неизвестен точно механизм ускорения частиц до указанных энергий, не вполне ясны их траектории в околоземном пространстве, не все сходится количественно в энергетическом балансе ионизации и возбуждения частиц, не вполне ясен механизм образования свечения различных видов, неясно происхождение звуков.

Литература:

5. «Энциклопедический словарь юного физика», составитель В. А. Чуянов, издательство «Педагогика», Москва, 1984 год.

6. «Справочник школьника по физике», составитель - , филологическое общество «Слово», Москва, 1995 год.

7. «Физика 11», Н. М. Шахмаев, С. Н. Шахмаев, Д. Ш. Шодиев, издательство «Просвещение», Москва, 1991 год.

8. «Решение задач по физике», В. А. Шевцов, Нижне-Волжское книжное издательство, Волгоград, 1999 год.