ВОЗМОЖНОСТИ ИЗУЧЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ЯВЛЕНИЙ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ФИЗИКИ

Физика, исследование

Крылова Анна, 10б, МОУ СОШ №32 «Ассоциированная школа ЮНЕСКО «Эврика - развитие», г. Волжский, e-mail: heureka32.vlz@mail.ru 

Меркушева Наталья Юрьевна, учитель физики, МОУ СОШ №32 «Ассоциированная школа ЮНЕСКО «Эврика - развитие», г. Волжский,  e-mail: heureka32.vlz@mail.ru 

Web – адрес: http//school32-volzhsky.narod.ru

Эту тему я выбрала потому что, мир солнечного света, воспринимаемый нашим органом зрения, огромен, разнообразен, неисчерпаем. Все удивительное богатство форм предметов, их цветовых тонов, оттенков, уровней яркости, которые мы встречаем в окружающей нас природе на Земле, в атмосфере, - все породили Солнце и глаз человека!

Подавляющее большинство описанных в этом проекте световых явлений можно наблюдать всегда и везде: в ясный и в пасмурный день, на суше и на море, в сельской местности и даже в городах. Напряженный ритм жизни приковывает внимание человека к тому, что он видит перед собой в непосредственной близости на Земле. Человек отвыкает наблюдать за небом. Поэтому хочется призвать всех: при каждой возможности отрывайте взгляд от земли и смотрите на небо! Как разнообразно оно и каждый раз по-своему удивительно красиво!

Цель:

Рассмотреть возможности изучения световых природных явлений с точки зрения физических законов.

Задачи:

  1. Познакомиться с процессами рассеяния и рефракции света.

  2. Объяснить возникновение световых явлений в природе.

3. Создать методический комплект для кабинета физики.

Идея создать методический комплект для кабинета физики.

План

1.      Венцы, глории, нимбы

1.1         Венцы

1.2              Глории

1.3              «Броккенский призрак»

1.4              Нимбы

1.5              Кольцо Бишопа

2.  Гало

2.1              Ледяные кристаллы в облаках

2.2              Гало в Антарктиде

2.3              Гало, венцы и погода

3.      Миражи

                    3.1   Верхние миражи

                    3.2   «Призрачные земли»

                    3.3   «Летучий голландец»

                    3.4   Нижние миражи

                    3.5   Миражи в Антарктиде

                    3.6   Боковые миражи

                    3.7   Фата - моргана

4.      Радуги

4.1              Туманная радуга

4.2              Лунная радуга

5.      Удлинение дня

6.      Заря

6.1              Сияние зари

6.2              Пурпуровый свет

6.3              Горение или пылание гор

6.4              Лучи Будды

6.5              Где создается заря

                                                   Венцы, глории, нимбы.

                                                             «Венцы»

  Когда солнце или луна просвечивают сквозь тонкие облака, состоящих из водяных капель или кристаллов, они часто кажутся окруженными голубоватым сиянием  в виде кольца, непосредственно примыкающего к  диску светила и оканчивающегося наружным красным краем. Это так называемый венец первого порядка. За ореолом следуют концентрические с ним венцы второго, третьего и следующих порядков, разделенные темными промежутками. Расположение цветов во всех кольцах одинаковое: внутренний край синевато-зеленоватый переходит в желтый, оранжевый и кончается наружным красным краем. Обычно виден только один ореол; иногда число колец доходит до трех-четырех. Размеры венцов бывают самыми различными.

       Венцы называют малыми кругами вокруг Солнца или Луны, в отличие от больших кругов гало. Они одинаково часто появляются вокруг Солнца и Луны, однако в ярком свете Солнца и неба вокруг него плохо различимы. Их можно видеть через закопченное стекло, дымчатые очки или наблюдая отражение Солнца в спокойной воде.

       Венцы в облаках, состоящих из капелек (высоко-кучевых и слоисто-кучевых), не очень красивы. Обычно виден только один ореол в виде голубовато-белого сияния, даже красный край плохо заметен. Это объясняется наличием в этих облаках капелек разного размера. Каждый размер дает свой венец, накладываясь друг на друга, венцы капель разного размера «смазывают» картину.

       Вокруг искусственных источников света также могут появляться венцы. Например, вокруг уличных фонарей в туманную погоду.

                                                                           «Глории»

     Глория представляет собой одно или несколько ярких радужных концентрических колец вокруг тени самолета, отбрасываемой на нижележащее облако.

                                                             «Броккенский призрак»

             Явление, аналогичное глории, можно наблюдать в горах вокруг тени человека, падающей на вертикальную стену тумана или облака, окутывающих горную вершину. Сам человек находится на некотором расстоянии на другой, соседней вершине в слабом тумане или небольшом облачке. Такие условия часто создаются в горах рано утром, когда солнечные лучи падают на горы в направлении, близком к горизонтальному. Увеличенная тень человека (ее размеры будут тем больше, чем дальше стена тумана или облака) оказывается окруженной радужными кольцами.

       Неожиданное появление яркой гигантской глории производит сильное впечатление. Человек что-то делает, например поднимает руку, и его тень в центре глории повторяет все его движения. Это явление впервые было описано по наблюдениям на г. Броккен в горном массиве Гарц в Средней Германии и получило название броккенского призрака.

                                                             « Нимбы »

 Глория возникает не только вокруг тени самолета. Она может появиться и вокруг тени головы человека. Для того, чтобы увидеть сияние вокруг тени вашей головы надо летом, рано утром, как только встанет Солнце, пойти на луг, обильно покрытый росой. Вы увидите, что голова вашей тени окружена глорией. Такие глории принято называть нимбами. В христианской и буддистской иконографии нимбами окружены головы святых.

                                                        « Кольцо Бишопа »

При сильных вулканических извержениях в атмосферу выбрасывается огромное количество вещества: вулканической пыли, газов, водяного пара. Вулканическая пыль достигает больших высот, 25 – 30 км, и воздушными течениями разносится по всему земному шару. После таких извержений вокруг Солнца появляется коричнево-красное кольцо. Небо внутри кольца светлое с голубоватым оттенком.

   Это явление было названо кольцом Бишопа по имени его первого исследователя. Судя по размеру, кольцо можно было принять за гигантский круг гало. Однако это был гигантский венец, а не гало. Об этом говорило расположение цветов в кольце Бишопа, наружный край которого был красным, как у венца. Необычайно большой размер венца объяснялся маленькими размерами частичек, кристаллизовавшихся в верхних слоях атмосферы из газообразных продуктов, выброшенных при вулканическом извержении.

 Если внимательно наблюдать за описанными оптическими явлениями – венцами, глориями, измерять угловые размеры колец, обратить внимание на то, как они изменяются, то можно получить полезную информацию о микрофизических условиях в наблюдаемых облаках.

                                                           Гало

 Если Солнце или Луна просвечивают через тонкие перисто-слоистые облака, состоящие из ледяных кристаллов, на небе часто появляются световые явления, называемые гало. Явления гало отличаются большим многообразием.

В моменты близкие к заходу или восходу Солнца, над Солнцем, а иногда и под ним, появляются световые столбы.

Повторяемость гало обусловлена частотой появления перисто-слоистых облаков. Часто на небе наблюдается одновременно несколько форм гало. Сложный комплекс из разнообразных гало наблюдался в Петербурге 18 июля 1794г. Он был тщательно зарисован и описан петербургским астрономом Т.Ловицем и вошел в литературу под названием Петербургского феномена. На небе одновременно наблюдалось 12 различных кругов и дуг, из них 9 цветных. Описаны и другие сложные гало, которые наблюдались в разных местах земного шара.

Появление на небе одновременно нескольких солнц, световых крестов, косых дуг, которые, особенно во время зари, казались «кровавыми мечами», в прежние времена вызывало у людей страх, рождало суеверия, воспринималось как предвестие большой беды – войны, голода.

                                       Ледяные кристаллы в облаках

Как же возникают гало? Все формы гало являются результатом преломления солнечных или лунных лучей в ледяных кристаллах облака либо их отражения от боковых граней или оснований кристаллов, имеющих форму шестигранных столбиков или пластинок. Строго говоря, на кристаллах происходит дифракция солнечных или лунных лучей.

Довольно редкий вид гало – гало Бугера, о происхождении которого до сих пор идут споры. Гало Бугера – это белый круг. Его легко спутать с белой радугой, близкой к нему по угловому размеру и цвету. В отличие от радуги, имеющей хотя бы слабо окрашенный желтый или оранжевый край, гало Бугера совершенно не окрашено, не имеет дополнительных дуг и обычно наблюдается в комплексе с другими явлениями гало.

                                                       Гало в Антарктиде

Наиболее часто разнообразные гало возникают на внутриконтинентальных станциях, расположенных на ледяном куполе Антарктиды и на его склоне на высотах 2700 – 3500 м над уровнем моря.

В отсутствие плотных снежных облаков, когда светит Солнце, возникают необычайно яркие цветные и белые гало. Часто видны только нижние половинки кругов гало.

Гало в Антарктиде наблюдается часто в течение целого дня, изменяется лишь их форма и яркость цветов.

Другое интересное световое явление, которое видели только в глубине антарктического континента, - радужный, или цветной, поземок. Он наблюдается только при низком положении Солнца, и чтобы лучше его рассмотреть, надо лечь на снег и смотреть в сторону Солнца. Быстро перемещаемые ветром струйки поземка, встречая на своем пути заструги снега, взлетают вверх, образуя малые и большие разноцветные фонтанчики, вспыхивающие всеми цветами радуги.

Цветной поземок возникает в результате преломления солнечного света в полых ледяных кристаллах, из которых состоит поземок, и в кристаллах, оседающих из облаков. Происхождение цветного поземка аналогично «игре» света в хрустальных люстрах, подвесках, бриллиантовых женских украшениях.

                                                Гало, венцы и погода

Наблюдение гало может служить местным признаком погоды. Гало всегда наблюдается в перисто-слоистых облаках, которые обычно входят в систему облаков теплого фронта.

Какие же изменения погоды следует ожидать в связи с прохождением теплого фронта? Прежде всего – снижение и уплотнение облаков и выпадение осадков обложного характера: дождя, снега или мокрого снега, в зависимости от времени года.

Летом, при установившейся солнечной погоде, прохождение теплого фронта, сопровождающееся низкой облачностью и дождями, обычно воспринимается как ухудшение погоды.

Зимой, при установившейся морозной погоде, появление гало предвещает снижение морозов, потепление в связи со снижением и уплотнением облаков и переход к осадкам.

                                                              Миражи

Кто не слышал о миражах или не читал их описаний, сделанных путешественниками по пустыням Азии и Африки. Появление миража обычно описывается примерно так. По раскаленным Солнцем безжизненным пескам пустыни, страдая от нестерпимой жары и жажды, медленно движется караван верблюдов. И люди и животные давно устали. Вода в бурдюках кончилась. И вдруг вдали, на горизонте, среди песков блеснула полоска воды. Нет, это не узкая полоска, а целое озеро, сверкающее на Солнце. Озеро кажется как бы парящим в воздухе.

Такие кажущиеся «озера» жители северной Африки называют «морями дьявола». В восточных сказаниях и легендах говорится о коварной фее Моргане, которая заманивала путников в пустыню, показывая им хрустальные воздушные дворцы. По имени этой сказочной героини сложного вида миражи и теперь называют «фата - моргана» (от латинского «фата» - «фея»).

Что же такое мираж? Является ли он реальностью или это плод воображения измученных зноем и жаждой людей? Можно ли мираж запечатлеть объективно, например, сфотографировать или заснять на кинопленку?

Слово мираж французского происхождения и имеет два значения: «отражение» и «обманчивое видение». Оба значения этого слова хорошо отражают сущность явления. Мираж представляет собою изображение реально существующего на Земле предмета, часто увеличенное и сильно искаженное. Мираж можно зарисовать, сфотографировать, заснять на кинопленку, что многократно и делалось. Различают несколько видов миражей в зависимости от того, где располагается изображение по отношению к предмету. Миражи бывают: верхние, нижние, боковые и сложные.

Наиболее часто наблюдаемые верхние и нижние миражи возникают при необычном распределении плотности по высоте, когда на некоторой высоте или у самой поверхности Земли имеется сравнительно тонкий слой очень теплого воздуха, в котором лучи, идущие от наземных предметов, испытывают полное внутренне отражение.

                                                    Верхние миражи                             

 В верхних миражах изображение располагается над предметом. Такие миражи возникают когда плотность воздуха и показатель преломления с высотой быстро уменьшаются.

 Над холодными морями или над выхоложенными поверхностью суши часто наблюдается расширение горизонта. Земля как бы немного распрямляется, и из-за горизонта поднимаются и становятся видными очень далекие предметы.

                                                      «Призрачные» Земли

К числу верхних миражей, по-видимому, следует отнести хотя бы часть так называемых призрачных земель, которые десятилетиями разыскивали в Арктике и так и не нашли. Это Земли Андреева, Джиллеса, Оскара, Санникова и другие. Особенно долго искали Землю Санникова.

Яков Санников был охотником, занимался пушным промыслом. В 1811 г. он отправился на собаках по льду к группе Новосибирских островов и с северной оконечности острова Котельный увидел в океане неизвестный остров. Достичь его он не смог – мешали громадные полыньи. Санников сообщил об открытии нового острова царскому правительству. В августе 1886г. Э.В.Толь во время своей экспедиции на Новосибирские острова тоже увидел остров Санникова.

Поискам Земли Санникова Толь отдал 16 лет жизни. Он организовал и провел три экспедиции в район Новосибирских островов. Во время последней экспедиции на шхуне «Заря» экспедиция Толя погибла, так и не найдя Земли Санникова. Больше Землю Санникова не видел никто. Возможно, это был мираж, который в определенное время года появляется в одном и том же месте. Как Санников, так и Толь, видели мираж одного и того же острова, расположенного в этом направлении, только намного дальше в океане.

Миражами оказались Земля Джиллеса, «обнаруженная» им в 1707 г, и Земля Андреева, которую Андреев «увидел» в 1764 г. Многие последующие экспедиции искали и не нашли этих земель, хотя вера в их существование держалась более 100 лет.

Не всегда мираж обманывал людей. Английский полярный исследователь Роберт Скотт в 1902 г. предположил, что дальше за горизонтом находится горная цепь. И действительно, горная цепь была позднее обнаружена норвежским полярным исследователем Руалем Амундсеном и как раз там, где и предполагал ее нахождение Скотт.

                                                      «Летучий голландец»

«Летучий голландец» - призрачное парусное судно необычайно больших размеров без видимой команды на борту. Оно внезапно появлялось, безмолвно шло, не отвечая на сигналы, и так же внезапно исчезало. Встреча с «Летучим голландцем» считалась роковой, надо было ждать шторма или другой беды.

Что же в действительности представлял собой «Летучий голландец»? Это был, без сомнения, верхний мираж, то есть изображение какого-либо обыкновенного парусного судна, которое спокойно шло где-то далеко за горизонтом, а его увеличенное и искаженное изображение, в виде верхнего миража, поднималось в воздух, и его принимали за «Летучего голландца».

Мираж, естественно, не реагировал ни на какие сигналы с других кораблей. Теперь «Летучий голландец» в виде парусного судна исчез с морей и океанов, поскольку парусные суда стали редкостью. Увидеть же миражи судов, плывущих за видимым горизонтом, можно довольно часто.

  Рис. 1              Схема возникновения верхнего миража «Летучий голландец»

                                                  Нижние миражи

Нижние миражи возникают при очень быстром уменьшении температуры с высотою. Мираж называется нижним, так как изображение предмета помещается под предметом. В нижних миражах кажется, будто под предметом находится водная поверхность, и все предметы в ней отражаются.

Мы не удивляемся тому, что если наклониться над водой, то увидишь в ней свое отражение. В спокойной воде также хорошо отражаются все стоящие на берегу предметы. Отражение в тонком нагретом от земной поверхности слое воздуха совершенно аналогично отражению в воде. Только роль зеркала играет сам воздух. Состояние воздуха, при котором возникают нижние миражи, крайне неустойчивое. Ведь внизу, у земли, лежит сильно нагретый, а значит, более легкий воздух, а выше него – более холодный и тяжелый. Поднимающиеся от земли струи горячего воздуха пронизывают слои холодного воздуха. За счет этого мираж меняется на глазах, поверхность «воды» кажется волнующейся. Достаточно небольшого порыва ветра или толчка и произойдет обрушивание, то есть переворачивание воздушных слоев. Тяжелый воздух устремится вниз, разрушая воздушное зеркало, и мираж исчезнет.

Благоприятными условиями для возникновения нижних миражей являются однородная, ровная подстилающая поверхность Земли, что имеет место в степях и пустынях, и солнечная безветренная погода.

Если мираж есть изображение реально существующего предмета, то сразу же возникает вопрос – изображение какой водной поверхности видят путники в пустыне? Ведь воды в пустыне нет! Дело в том, что кажущаяся водная поверхность или озеро, видимые в мираже, в действительности являются изображением не водной поверхности, а неба. Участки неба отражаются в воздушном зеркале и создают полную иллюзию блестящей водной поверхности. Такой мираж может увидеть любой человек, и для этого совсем не обязательно ехать в пустыню или даже в степь. Они видны летом, в солнечные дни над асфальтовыми дорогами или ровным песчаным пляжем.

 Рис. 2               Схема возникновения нижнего миража

                                             Миражи в Антарктиде

Ровная, однородная снежная поверхность в Антарктиде благоприятствует возникновению миражей. Здесь наблюдаются миражи обоих типов. Весной и осенью над выхоложенной подстилающей поверхностью возникают верхние миражи, например такие горы, какие увидел Р.Скотт.

Самое интересное, что летом в Антарктиде появляются нижние миражи. Это объясняется тем, что температура снежной поверхности оказывается выше температуры прилегающего слоя воздуха, так как максимум температуры имеет место на глубине нескольких сантиметров от поверхности снега.

                                                     Боковые миражи

Боковые миражи могут возникнуть, когда слои воздуха одинаковой плотности располагаются в атмосфере наклонно или даже вертикально. Такие условия создаются летом, утром вскоре после восхода Солнца у скалистых берегов моря или озере, когда берег уже освещен Солнцем, а поверхность воды и воздух над ней еще холодные. Боковой мираж может появиться у каменной стены дома, нагретой Солнцем, и даже сбоку от нагретой печи.

                                                          Фата – моргана

Сложного вида миражи, или фата – моргана, возникают, когда одновременно есть условия для появления как верхнего, так и нижнего миража. Плотность воздуха с высотой сначала увеличивается, а затем также быстро уменьшается. При таком распределении плотности воздуха состояние атмосферы весьма неустойчивое и подвержено внезапным изменениям. Поэтому вид миража меняется на глазах. Самые обыкновенные скалы и дома вследствие многократных искажений и увеличения на глазах превращаются в чудесные замки феи Морганы.

                                                                      Радуги

 Первая попытка объяснить радугу как естественное явление была сделана в 1611 г. архиепископом Антонио Доминисом. Его объяснение радуги противоречило библейскому, поэтому он был отлучен от церкви и приговорен к смертной казни.

 Обычно наблюдаемая радуга – это цветная дуга, видимая на фоне завесы ливневого дождя или полос падения дождя, часто не достигающих поверхности земли. Радуга видна в стороне небосвода, противоположной Солнцу, и обязательно при Солнце, не закрытом облаками. Такие условия чаще всего создаются при выпадении летних ливневых дождей, называемых в народе  « грибными дождями ». Сколько радуг можно увидеть одновременно?

 Неискушенный наблюдатель видит обычно одну радугу, изредка две. Причем вторая радуга располагается над первой. Вторая радуга более широкая, блеклая, расположение цветов в ней обратное первой радуге: внешняя дуга у нее фиолетовая, а внутренняя красная.

 Большинство людей, наблюдавших радугу много раз, не видят, а точнее не замечают дополнительных дуг в виде нежнейших цветных арок внутри первой и снаружи второй радуг. Эти цветные дуги неправильно названы дополнительными – в действительности они такие же основные, как первая и вторая радуги. Эти дуги не образуют целого полукруга или большой дуги и видны только в самых верхних частях радуги. Именно в этих дугах, а не в основных, сосредоточено наибольшее богатство чистых цветовых тонов.

Радуги можно увидеть около водопадов, фонтанов, на фоне завесы капель, разбрызгиваемых поливальной машиной или полевой поливальной установкой. Можно самому создать завесу капель из ручного пульверизатора и, встав спиной к Солнцу, увидеть радугу, созданную собственными руками. У фонтанов и водопадов случалось видеть, кроме описанных двух основных и трех – четырех дополнительных дуг к каждой основной, еще одну или две радуги вокруг Солнца.

Откуда берется удивительный красочный свет, исходящий от дуг радуги?

Все радуги – это солнечный свет, разложенный на компоненты и перемещенный по небосводу таким образом, что он кажется исходящим от части небосвода, противоположной той, где находится Солнце.

Научное объяснение радуги впервые дал Рене Декарт в 1637 г. Декарт объяснил радугу на основании законов преломления и отражения солнечного света в каплях выпадающего дождя. В то время еще не была открыта дисперсия – разложение белого света в спектр при преломлении. Поэтому радуга Декарта была белой.

Спустя 30 лет Исаак Ньютон дополнил теорию Декарта, объяснив, как преломляются цветные лучи в каплях дождя.

Несмотря на то, что теория радуги Декарта – Ньютона создана более 300 лет назад, она правильно объясняет основные особенности радуги.

По теории Декарта – Ньютона радуга должна быть всегда одинаковой – «застывшей». Эти ученые правильно объяснили положение радуги на небосводе, размер дуг, расположение цветов в основных радугах любого порядка. В частности, по теории ширине дуг радуг всегда было «положено» быть одной и той же. Однако радуга содержала еще много секретов. Внимательный наблюдатель видел иногда серию красочных дополнительных дуг, которым совсем «не было места» в теории Декарта – Ньютона. Иногда радуга имела яркие насыщенные тона, а порой была совсем блеклой, почти белой. Радуга бывала и широкой и узкой – и все это «не укладывалось» в теорию Декарта – Ньютона. Объяснение всего комплекса радуги, со всеми неразгаданными ее особенностями, было сделано позже, когда была создана всеобщая теория рассеяния световых лучей в атмосфере.

Весь вид радуги – ширина дуг, наличие, расположение и яркость отдельных цветовых тонов, положение дополнительных дуг очень сильно зависят от размеров капель дождя. Приведем основные характеристики внешнего вида радуги для капель разных радиусов.

Радиус капель 0,5 – 1 мм. Наружный край основной радуги яркий, темно-красный, за ним идет светло-красный, и далее чередуются все цвета радуги. Особенно яркими кажутся фиолетовый и зеленый. Дополнительных дуг много, в них чередуются фиолетово-розовые тона с зелеными. Дополнительные дуги непосредственно примыкают к основным радугам.

Радиус капель 0,25 мм. Красный край радуги стал слабее. Остальные цвета видны по-прежнему. Несколько фиолетово-розовых дополнительных дуг сменяются зелеными.

 Радиус капель 0,1 – 0,15 мм. Красного цвета в основной радуге больше нет. Наружный край радуги оранжевый. В остальном радуга хорошо развита. Дополнительные дуги становятся все более желтыми. Между ними и между основной радугой и первой дополнительной появились просветы.

Радиус капель 0,04 – 0,05мм. Радуга стала заметно шире и бледнее. Наружный край ее бледно-желтый. Самым ярким является фиолетовый цвет. Первая дополнительная дуга отделена от основной радуги довольно широким промежутком, цвет ее белесый, чуть зеленоватый и беловато-фиолетовый.

Радиус капель 0,03 мм. Основная радуга еще более широкая с очень слабо окрашенным чуть желтоватым краем, содержит отдельные белые полосы.

Радиус капель 0,025 мм. Радуга стала совсем белой. Она примерно в два раза шире обычной радуги и имеет вид блестящей белой полосы. Внутри нее могут быть дополнительные окрашенные дуги, сначала бледно-голубые или зеленые, затем белесовато-красные.

Таким образом, по виду радуги можно приближенно оценить размеры капель дождя, образовавших эту радугу. В целом, чем крупнее капли дождя, тем радуга получается уже и ярче, особенно характерным для крупных капель является наличие насыщенного красного цвета в основной радуге. Многочисленные дополнительные дуги также имеют яркие тона и непосредственно, без промежутков, примыкают к основным радугам. Чем кали мельче, тем радуга становится более широкой и блеклой с оранжевым или желтым краем.

Вид радуги зависит и от формы капель.

Можно ли видеть целый круг радуги? С поверхности Земли мы можем наблюдать радугу в лучшем случае в виде половины круга, когда Солнце находится на горизонте. С самолета можно наблюдать радугу в виде целого круга. Описание такой круговой радуги было помещено в журнале «Природа». Ее видели пассажиры самолета, летевшего на высоте 1000м.

Бывают ли радуги без полос падения дождя? Оказывается, бывают – в лаборатории. Искусственные радуги создавались в результате преломления света в одной подвешенной капельке дистиллированной воды, воды с сироп или прозрачного масла. Иногда удавалось получать даже пятую и шестую радуги. Эти радуги, как первая и вторая, снова были в стороне, противоположной источнику света.

                                                       Туманная радуга

В природе встречаются белые радуги. Они появляются при освещении солнечными лучами слабого тумана, состоящего из капелек радиусом 0,025 мм или менее. Их называют туманными радугами. Кроме основной радуги в виде блестящей белой дуги с едва заметным желтоватым краем наблюдаются иногда окрашенные дополнительные дуги: очень слабая голубая или зеленая дуга, а затем белесовато-красная. Аналогичного вида белую радугу можно увидеть, когда луч прожектора, расположенного сзади вас, освещает интенсивную дымку или слабый туман перед вами. Даже уличный фонарь может создать, хотя и очень слабую, белую радугу, видимую на темном фоне ночного неба.

                                                          Лунная радуга

Аналогично солнечным могут возникать и лунные радуги. Они более слабые и появляются при полной Луне. Лунные радуги явление более редкое, чем солнечные. Для их возникновения необходимо сочетание двух условий: полная Луна, не закрытая облаками, и выпадение ливневого дождя. Лунные радуги могут наблюдаться в любом месте земного шара, где осуществятся перечисленные два условия.

Дневные, солнечные радуги, даже образованные самыми мелкими каплями дождя или тумана, довольно белесые, светлые, и все же наружный край их хотя бы слабо, но окрашен в оранжевый или желтый цвет. Радуги, образованные лунными лучами, совсем не оправдывают своего названия, так как они не радужные и выглядят как светлые, совершенно белые дуги.

Отсутствие красного цвета у лунных дуг даже при крупных каплях ливневого дождя объясняется низким уровнем освещения ночью, при котором полностью теряется чувствительность глаза к лучам красного цвета. Остальные цветные лучи радуги также теряют в значительной степени свой цветовой тон из-за неокрашенности ночного зрения человека.

                                                           Удлинение дня

Время восхода и захода Солнца в любом месте земного шара в любой день года рассчитывается по астрономическим формулам достаточно точно. А если проверить, действительно ли день начинается и заканчивается в те часы и минуты, которые указаны в календаре? Если проверите, то убедитесь: рассчитанное время восхода и захода и действительное далеко не всегда совпадают. Дело в том, что свои «коррективы» вносит атмосфера, окружающая Землю.

Плотность воздуха быстро уменьшается с высотой. Вместе с плотностью изменяется показатель преломления и скорость распространения электромагнитных волн в атмосфере.

Рефракцией называется преломление электромагнитных волн в атмосфере в силу неоднородности плотности воздуха, как в горизонтальном, так и, особенно сильно, в вертикальном направлениях. Траектории электромагнитных волн в атмосфере представляют собой сложного вида кривые.

Прямым следствием рефракции солнечных лучей является увеличение продолжительности дня. При заходе Солнца, когда его диск уже опустился под горизонт, рефракция его приподнимает, и день еще продолжается. Аналогично при восходе: Солнце еще находится под горизонтом, а за счет рефракции мы его уже видим, то есть день начинается раньше действительного восхода Солнца.

Увеличение продолжительности дня зависит от широты места и склонения Солнца в данный день. В средних широтах за счет рефракции день увеличивается обычно не более чем на 8 – 12 мин. Если мы будем перемещаться по земной поверхности по направлению к полюсам, то удлинение дня становится все более и более значительным. На полюсах земного шара, где полярный день и полярная ночь должны продолжаться ровно по полгода, оказывается, что полярный день длиннее полярной ночи на 14 суток.

                                                                 Заря

                                                               Сияние зари

Заря – одно из наиболее красочных световых явлений природы, воспетое поэтами всех времен и народов.

Опускаясь к горизонту, Солнце быстро теряет свою яркость и начинает менять свой цвет. Когда Солнце уже близко к горизонту, небо вокруг него становится золотисто-желтым, ниже оранжевым и у самого горизонта красным или темно-красным. Это заря.

Заря наиболее яркая сразу после захода Солнца.

                                                            Пурпуровый свет

Над зарей появляются пятна сначала розового, а потом пурпурового цвета. Его форма приблизительно круглая или овальная. Это пурпуровый свет. Яркость и окраска пурпурового света достигает максимума при глубине погружения Солнца  около 4º. Затем пурпуровое пятно быстро увеличивается в размере, опускается, превращаясь в дугу, и кажется, что дуга заходит за золотистый сегмент зари. К концу гражданских сумерек пурпуровый свет едва различим.

                                                      Горение или пылание гор

Первоначально это явление было описано по наблюдениям в Альпах. Однако оно наблюдается в любых достаточно высоких горах. Наиболее красиво пылание гор покрытых снегом. При ясном небе и высоте Солнца около 2º над горизонтом вершины высоких гор окрашиваются в красный цвет. Окраска не очень интенсивная и сохраняется до захода Солнца. После захода Солнца пылание гор разгорается и достигает максимума при глубине погружения Солнца 1 -2º. Характерно, что пылание начинается на несколько сотен метров ниже вершин гор и медленно поднимается вверх. Горы приобретают цвет докрасна раскаленного железа. Кажется, что горы «пылают огнем».

                                                                Лучи Будды

Если за западным горизонтом на пути солнечных лучей есть высокие горы или плотные облака с просветами, то тени от них в виде радиально расходящихся темных лучей ложатся на пурпуровый небосвод и часто пересекают весь видимый небосвод. Веер чередующихся темных и красных лучей с центром в точке нахождения Солнца под горизонтом получил название лучей Будды. По внешнему виду и по происхождению лучи Будды похожи на лучи иззаоблачного сияния, наблюдающиеся днем.

                                                            Где создается заря

В месте захода Солнца его лучи идут параллельно плоскости горизонта. Ввиду резкого возрастания плотности воздуха в направлении земной поверхности световые лучи, проходящие на разных высотах над Землей, будут испытывать разное ослабление за счет рассеяния света. Луч, идущий ближе всего к Земле, проходит через самые плотные слои и будет ослаблен сильнее других и приобретет поэтому красную окраску. Луч, идущий выше него, будет ослаблен меньше и станет оранжевым, еще более высокий луч – желтым. Над ним выше пойдут малоослабленные белые солнечные лучи. Подойдя к месту захода Солнца, лучи уже приобрели разные цвета.

Главная «кухня» по формированию всех заревых явлений находится в стратосфере на высотах 19 – 20 до 25 км.

Мой рассказ о мире солнечного света не закончен. Мы «побывали» на Земле, в ее атмосфере.

На протяжении всего проекта я старалась показать, какое множество загадок загадывал человеку небесный свод. Большинство из них были обнаружены при наблюдении небесного свода без каких – либо приборов просто невооруженным глазом. И сколько новых знаний было получено в процессе отгадывания загадок!

Мне хочется пожелать всем: при каждой  возможности пристально наблюдайте за окружающей природой и она загадает вам еще много интересных новых загадок!

Солнечные лучи освещают весь земной шар. Прекрасен мир солнечного света. Он доставляет радость всем живущим на Земле, и наша общая задача – сохранить его красоту для будущих поколений.

Работа выполнялась в течение трех месяцев. Возникали некоторые трудности с техническим обеспечением. Работа над проектом может быть продолжена, так как существуют еще  множество интересных световых явлений.

Цель, которую я ставила перед собой, полностью реализована, задачи выполнены. Моя работа используется как методический материал для проведения элективного курса по физике «В мире солнечных проделок». В результате работы над этим проектом я приобрела много новых знаний и умений. Я открыла для себя различные, ранее не известные мне, световые явления.