ป.6 กำลังศึกษาหัวข้อ “ปรากฏการณ์ทางแสงในบรรยากาศ” ที่โรงเรียน อย่างไรก็ตาม เป็นที่สนใจไม่เพียงแต่กับจิตใจที่อยากรู้อยากเห็นของเด็กเท่านั้น ด้านหนึ่งปรากฏการณ์ทางแสงในบรรยากาศรวมรุ้งการเปลี่ยนแปลงสีของท้องฟ้าในช่วงพระอาทิตย์ขึ้นและพระอาทิตย์ตกซึ่งทุกคนเห็นมากกว่าหนึ่งครั้ง ในทางกลับกัน พวกมันรวมถึงภาพลวงตาลึกลับ ดวงจันทร์และดวงอาทิตย์จอมปลอม รัศมีที่น่าประทับใจซึ่งในอดีตทำให้ผู้คนหวาดกลัว กลไกการก่อตัวบางส่วนยังคงไม่ชัดเจนจนถึงที่สุดในปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม หลักการทั่วไปที่ปรากฏการณ์ทางแสง "มีชีวิต" ในธรรมชาติได้รับการศึกษาอย่างดีจากฟิสิกส์สมัยใหม่
เปลือกอากาศ
ชั้นบรรยากาศของโลกเป็นเปลือกที่ประกอบด้วยก๊าซหลายชนิดและแผ่ขยายออกไปประมาณ 100 กม. เหนือระดับน้ำทะเล ความหนาแน่นของชั้นอากาศเปลี่ยนแปลงไปตามระยะห่างจากโลก: ค่าสูงสุดอยู่ที่พื้นผิวโลก และลดลงตามความสูง ชั้นบรรยากาศไม่สามารถเรียกว่าการก่อตัวคงที่ได้ ชั้นของซองจดหมายก๊าซเคลื่อนที่และผสมอย่างต่อเนื่อง ลักษณะของพวกเขาเปลี่ยนไป: อุณหภูมิ, ความหนาแน่น, ความเร็วของการเคลื่อนไหว, ความโปร่งใส ความแตกต่างทั้งหมดนี้ส่งผลต่อรังสีของดวงอาทิตย์ที่พุ่งไปยังพื้นผิวโลก
ระบบออปติคอล
กระบวนการที่เกิดขึ้นในชั้นบรรยากาศ ตลอดจนองค์ประกอบของบรรยากาศ มีส่วนในการดูดกลืนแสง การหักเห และการสะท้อนของแสง บางส่วนไปถึงเป้าหมาย - พื้นผิวโลก อีกส่วนหนึ่งกระจัดกระจายหรือเปลี่ยนเส้นทางกลับเข้าไปในอวกาศ เป็นผลมาจากความโค้งและการสะท้อนของแสง การสลายตัวของส่วนหนึ่งของรังสีเป็นสเปกตรัม และอื่นๆ ปรากฏการณ์ทางแสงต่างๆ จึงก่อตัวขึ้นในชั้นบรรยากาศ
เลนส์บรรยากาศ
ในช่วงที่วิทยาศาสตร์ยังอยู่ในวัยทารก ผู้คนอธิบายปรากฏการณ์ทางแสงตามแนวคิดที่มีอยู่ทั่วไปเกี่ยวกับโครงสร้างของจักรวาล รุ้งเชื่อมโยงโลกมนุษย์กับสิ่งศักดิ์สิทธิ์ การปรากฏตัวของดวงอาทิตย์ปลอมสองดวงบนท้องฟ้าเป็นพยานถึงภัยพิบัติที่ใกล้เข้ามา ทุกวันนี้ ปรากฏการณ์ส่วนใหญ่ที่ทำให้บรรพบุรุษที่อยู่ห่างไกลของเราหวาดกลัวได้รับคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์แล้ว เลนส์บรรยากาศมีส่วนร่วมในการศึกษาปรากฏการณ์ดังกล่าว วิทยาศาสตร์นี้อธิบายปรากฏการณ์ทางแสงในบรรยากาศตามกฎฟิสิกส์ เธอสามารถอธิบายได้ว่าทำไมท้องฟ้าถึงเป็นสีฟ้าในระหว่างวัน แต่จะเปลี่ยนสีในช่วงพระอาทิตย์ตกและรุ่งสาง รุ้งเกิดขึ้นได้อย่างไร และภาพลวงตามาจากไหน การศึกษาและการทดลองจำนวนมากในปัจจุบันทำให้สามารถเข้าใจปรากฏการณ์ทางแสงในธรรมชาติได้ เช่น การปรากฏตัวของไม้กางเขนเรืองแสง, ฟาตา มอร์กาน่า, รัศมีสีรุ้ง
ท้องฟ้าสีคราม
สีของท้องฟ้าคุ้นเคยจนเราไม่ค่อยคิดว่าเหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น อย่างไรก็ตาม นักฟิสิกส์รู้คำตอบดี นิวตันได้พิสูจน์แล้วว่าภายใต้เงื่อนไขบางประการ ลำแสงสามารถถูกแยกออกเป็นสเปกตรัมได้ เมื่อผ่านชั้นบรรยากาศส่วนที่ตรงกับสีฟ้าจะกระจัดกระจายได้ดีขึ้น ส่วนสีแดงของรังสีที่มองเห็นได้นั้นมีความยาวคลื่นที่ยาวกว่าและด้อยกว่าสีม่วงถึง 16 เท่าในแง่ของระดับการกระเจิง
ขณะเดียวกันเห็นท้องฟ้าไม่ใช่สีม่วงแต่เป็นสีฟ้า สาเหตุของเรื่องนี้อยู่ในลักษณะเฉพาะของโครงสร้างของเรตินาและอัตราส่วนของส่วนต่าง ๆ ของสเปกตรัมในแสงแดด ดวงตาของเราไวต่อแสงสีฟ้ามากกว่า และส่วนสีม่วงของสเปกตรัมของดวงอาทิตย์มีความเข้มน้อยกว่าสีน้ำเงิน
พระอาทิตย์ตกสีแดง
เมื่อผู้คนรู้ว่าบรรยากาศคืออะไร ปรากฏการณ์ทางแสงก็หยุดเป็นหลักฐานสำหรับพวกเขาหรือลางบอกเหตุของเหตุการณ์เลวร้าย อย่างไรก็ตาม วิธีการทางวิทยาศาสตร์ไม่ได้ขัดขวางความสุขทางสุนทรียะจากพระอาทิตย์ตกที่มีสีสันและพระอาทิตย์ขึ้นที่อ่อนโยน สีแดงและส้มที่สดใส พร้อมด้วยสีชมพูและสีน้ำเงิน จะค่อยๆ หลีกทางให้กับความมืดในตอนกลางคืนหรือแสงยามเช้า เป็นไปไม่ได้ที่จะสังเกตพระอาทิตย์ขึ้นหรือพระอาทิตย์ตกที่เหมือนกันสองครั้ง และสาเหตุของเรื่องนี้ก็อยู่ที่การเคลื่อนที่แบบเดียวกันของชั้นบรรยากาศและสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลง
ในช่วงพระอาทิตย์ตกและพระอาทิตย์ขึ้น รังสีของดวงอาทิตย์จะเดินทางไปยังพื้นผิวที่ยาวกว่าตอนกลางวัน เป็นผลให้สีม่วงกระจาย สีฟ้าและสีเขียวไปด้านข้าง และแสงโดยตรงจะเปลี่ยนเป็นสีแดงและสีส้ม ก้อนเมฆ ฝุ่น หรือน้ำแข็งมีส่วนทำให้เกิดภาพพระอาทิตย์ตกและรุ่งอรุณแขวนอยู่ในอากาศ แสงจะหักเหเมื่อส่องผ่าน และทำให้ท้องฟ้ามีสีต่างๆ หลากหลายเฉด ในส่วนของขอบฟ้าตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ มักจะสังเกตเห็นสิ่งที่เรียกว่า Belt of Venus ซึ่งเป็นแถบสีชมพูที่กั้นระหว่างท้องฟ้ายามค่ำคืนที่มืดมิดและท้องฟ้าในตอนกลางวันสีฟ้า ปรากฏการณ์ทางแสงที่สวยงามซึ่งตั้งชื่อตามเทพธิดาแห่งความรักของโรมัน สามารถมองเห็นได้ตั้งแต่เช้ามืดและหลังพระอาทิตย์ตก
สะพานสายรุ้ง
อาจไม่มีปรากฏการณ์แสงอื่นในบรรยากาศที่ทำให้นึกถึงเรื่องราวในตำนานและภาพในเทพนิยายที่สัมพันธ์กับรุ้งกินน้ำ ทุกคนรู้จักส่วนโค้งหรือวงกลมซึ่งประกอบด้วยเจ็ดสีตั้งแต่วัยเด็ก ปรากฏการณ์บรรยากาศที่สวยงามซึ่งเกิดขึ้นระหว่างฝนตก เมื่อแสงแดดส่องผ่านหยดน้ำลงมา แม้แต่ผู้ที่ศึกษาธรรมชาติของมันอย่างถี่ถ้วนก็ยังหลงใหลได้
และฟิสิกส์ของรุ้งวันนี้ก็ไม่ใช่ความลับสำหรับทุกคน แสงแดดที่หักเหจากฝนหรือหมอกก็แตกเป็นเสี่ยง ๆ เป็นผลให้ผู้สังเกตเห็นสเปกตรัมเจ็ดสีจากสีแดงเป็นสีม่วง เป็นไปไม่ได้ที่จะกำหนดขอบเขตระหว่างพวกเขา สีสันผสมผสานกันอย่างราบรื่นผ่านหลายเฉดสี
เมื่อสังเกตรุ้งกินน้ำ พระอาทิตย์มักจะอยู่ข้างหลังคนๆ นั้นเสมอ ศูนย์กลางของรอยยิ้มของ Irida (ตามที่ชาวกรีกโบราณเรียกว่าสายรุ้ง) ตั้งอยู่บนเส้นที่ผ่านผู้สังเกตและแสงแดด รุ้งมักจะปรากฏเป็นรูปครึ่งวงกลม ขนาดและรูปร่างขึ้นอยู่กับตำแหน่งของดวงอาทิตย์และจุดที่ผู้สังเกตตั้งอยู่ ยิ่งแสงเหนือเส้นขอบฟ้าสูงเท่าใด วงกลมของลักษณะที่ปรากฏก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้นรุ้ง เมื่อดวงอาทิตย์เคลื่อนผ่าน 42 องศาเหนือขอบฟ้า ผู้สังเกตบนพื้นผิวโลกจะมองไม่เห็นรุ้งกินน้ำ ยิ่งคนที่อยากชื่นชมรอยยิ้มของอิริด้าที่อยู่เหนือระดับน้ำทะเลสูงขึ้นเท่าใด ก็ยิ่งมีโอกาสที่เขาจะไม่เห็นส่วนโค้งแต่เป็นวงกลมมากขึ้นเท่านั้น
รุ้งคู่แคบและกว้าง
บ่อยครั้งพร้อมกับรุ้งหลัก คุณจะเห็นรุ้งรองที่เรียกว่า หากสิ่งแรกเกิดขึ้นจากการสะท้อนของแสงเพียงครั้งเดียว ประการที่สองก็เป็นผลมาจากการสะท้อนสองครั้ง นอกจากนี้รุ้งหลักยังโดดเด่นด้วยสีตามลำดับ: สีแดงตั้งอยู่ด้านนอกและสีม่วงอยู่ด้านในซึ่งอยู่ใกล้กับพื้นผิวโลกมากขึ้น "สะพาน" ด้านข้างเป็นสเปกตรัมที่ย้อนกลับตามลำดับ: สีม่วงอยู่ด้านบน สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะรังสีจากน้ำฝนสะท้อนจากการสะท้อนสองครั้งในมุมที่ต่างกัน
สีรุ้งแตกต่างกันไปตามความเข้มและความกว้างของสี ส่วนที่สว่างและค่อนข้างแคบจะปรากฏขึ้นหลังจากพายุฝนฟ้าคะนองในฤดูร้อน หยดน้ำขนาดใหญ่ที่มีลักษณะเฉพาะของฝนเช่นนี้ ทำให้เกิดรุ้งกินน้ำที่มองเห็นได้ชัดเจนด้วยสีที่เด่นชัด หยดเล็กๆ ให้สีรุ้งที่พร่ามัวและมองเห็นได้น้อยลง
ปรากฏการณ์ทางแสงในบรรยากาศ: แสงออโรร่าเหนือ
ปรากฏการณ์ทางแสงที่สวยงามที่สุดอย่างหนึ่งในบรรยากาศคือแสงออโรร่า เป็นลักษณะของดาวเคราะห์ทุกดวงที่มีสนามแม่เหล็ก บนโลก มีการสังเกตออโรร่าที่ละติจูดสูงในซีกโลกทั้งสอง ในโซนโดยรอบขั้วแม่เหล็กของดาวเคราะห์ ส่วนใหญ่แล้ว คุณสามารถเห็นแสงสีเขียวหรือสีน้ำเงินแกมเขียว บางครั้งเสริมด้วยแสงสีแดงและชมพูที่ขอบ แสงออโรร่าที่เข้มข้นนั้นมีรูปร่างเหมือนริบบิ้นหรือผ้าที่พับ ซึ่งจะกลายเป็นจุดเมื่อซีดจาง แถบสูงหลายร้อยกิโลเมตรมีความโดดเด่นที่ขอบล่างตัดกับท้องฟ้าอันมืดมิด ขีดจำกัดสูงสุดของแสงออโรร่าหายไปบนท้องฟ้า
ปรากฏการณ์ทางแสงที่สวยงามเหล่านี้ในบรรยากาศยังคงปกปิดความลับไม่ให้ผู้คนเห็น: ยังไม่มีการศึกษากลไกการเกิดการเรืองแสงบางประเภท สาเหตุของการแตกร้าวระหว่างแสงวาบแหลม ยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างครบถ้วน อย่างไรก็ตาม ภาพทั่วไปของการก่อตัวของแสงออโรร่าเป็นที่รู้จักในปัจจุบัน ท้องฟ้าเหนือขั้วโลกเหนือและใต้ประดับด้วยแสงสีชมพูอมเขียวเมื่ออนุภาคที่มีประจุจากลมสุริยะชนกับอะตอมในชั้นบรรยากาศชั้นบนของโลก อันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์นี้ได้รับพลังงานเพิ่มเติมและปล่อยออกมาในรูปของแสง
รัศมี
ดวงอาทิตย์และดวงจันทร์มักปรากฏขึ้นต่อหน้าเราซึ่งรายล้อมไปด้วยรัศมีที่คล้ายรัศมี รัศมีนี้เป็นวงแหวนที่มองเห็นได้ชัดเจนรอบแหล่งกำเนิดแสง ในชั้นบรรยากาศส่วนใหญ่มักเกิดขึ้นจากอนุภาคน้ำแข็งที่เล็กที่สุดที่ประกอบเป็นเมฆเซอร์รัสที่อยู่สูงเหนือพื้นโลก ลักษณะของปรากฏการณ์จะเปลี่ยนไปตามรูปร่างและขนาดของผลึก บ่อยครั้งที่รัศมีจะอยู่ในรูปของวงกลมสีรุ้งอันเป็นผลมาจากการสลายตัวของลำแสงเป็นสเปกตรัม
ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจหลากหลายเรียกว่า parhelion. อันเป็นผลมาจากการหักเหของแสงในผลึกน้ำแข็งบนที่ระดับดวงอาทิตย์จะมีจุดสว่างสองจุดซึ่งคล้ายกับแสงแดด ในพงศาวดารประวัติศาสตร์ เราสามารถหาคำอธิบายของปรากฏการณ์นี้ได้ ในอดีตมักถูกมองว่าเป็นลางสังหรณ์ของเหตุการณ์เลวร้าย
มิราจ
ภาพลวงตายังเป็นปรากฏการณ์ทางแสงในชั้นบรรยากาศอีกด้วย เกิดขึ้นจากการหักเหของแสงที่ขอบระหว่างชั้นของอากาศซึ่งมีความหนาแน่นต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ วรรณกรรมอธิบายหลายกรณีเมื่อนักเดินทางในทะเลทรายเห็นโอเอซิส หรือแม้แต่เมืองและปราสาทที่ไม่สามารถอยู่ใกล้ได้ ส่วนใหญ่มักเป็นภาพลวงตาที่ "ต่ำกว่า" พวกมันเกิดขึ้นบนพื้นผิวเรียบ (ทะเลทราย แอสฟัลต์) และเป็นตัวแทนของภาพสะท้อนของท้องฟ้า ซึ่งดูเหมือนว่าผู้สังเกตการณ์จะเป็นแหล่งน้ำ
สิ่งที่เรียกว่าภาพลวงตาที่เหนือกว่านั้นเป็นเรื่องธรรมดาน้อยกว่า ก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวที่เย็น ภาพลวงตาที่เหนือกว่านั้นตรงไปตรงมาและกลับด้าน บางครั้งอาจรวมทั้งสองตำแหน่งเข้าด้วยกัน ตัวแทนที่มีชื่อเสียงที่สุดของปรากฏการณ์ทางแสงเหล่านี้คือ Fata Morgana นี่เป็นภาพลวงตาที่ซับซ้อนซึ่งรวมการสะท้อนหลายประเภทเข้าด้วยกันในคราวเดียว วัตถุในชีวิตจริงปรากฏขึ้นต่อหน้าผู้สังเกต สะท้อนและปะปนซ้ำแล้วซ้ำเล่า
ไฟฟ้าในบรรยากาศ
ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและทางแสงในบรรยากาศมักถูกกล่าวถึงร่วมกัน แม้ว่าสาเหตุของการเกิดขึ้นจะต่างกันก็ตาม โพลาไรซ์ของเมฆและการก่อตัวของสายฟ้านั้นสัมพันธ์กับกระบวนการที่เกิดขึ้นในชั้นโทรโพสเฟียร์และไอโอโนสเฟียร์ การปล่อยประกายไฟขนาดยักษ์มักเกิดขึ้นในช่วงพายุฝนฟ้าคะนอง สายฟ้าเกิดขึ้นภายในก้อนเมฆและสามารถกระแทกพื้นได้ พวกมันอันตรายถึงชีวิตผู้คนและนี่คือเหตุผลประการหนึ่งสำหรับความสนใจทางวิทยาศาสตร์ในปรากฏการณ์ดังกล่าว คุณสมบัติบางอย่างของฟ้าผ่ายังคงเป็นปริศนาสำหรับนักวิจัย วันนี้ไม่ทราบสาเหตุของฟ้าผ่าบอล เช่นเดียวกับบางแง่มุมของทฤษฎีออโรร่าและภาพลวงตา ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้ายังคงดึงดูดนักวิทยาศาสตร์อย่างต่อเนื่อง
ปรากฏการณ์ทางแสงในบรรยากาศที่อธิบายสั้น ๆ ในบทความ ทำให้นักฟิสิกส์เข้าใจกันมากขึ้นทุกวัน ในเวลาเดียวกัน พวกเขาก็ไม่เคยหยุดที่จะตะลึงพรึงเพริดผู้คนด้วยความงาม ความลึกลับ และบางครั้งก็ยิ่งใหญ่เหมือนสายฟ้าเหมือนสายฟ้าฟาด