Σταύρος Ντάφης, Νοέμβριος 2011

 

 

Κύρια οπτικά φαινόμενα στον ουρανό

Γιατί ο ουρανός είναι μπλε

Το φως είναι ένα είδος ενέργειας που μπορεί να ταξιδέψει μέσα στο χώρο. To φως από τον ήλιο ή μια λάμπα το βλέπετε λευκό, αλλά στην πραγματικότητα είναι ένα μίγμα από όλα τα χρώματα της ίριδας: κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε και βιολετί. Μπορείτε να δείτε αυτά τα χρώματα όταν εξετάζετε ένα ουράνιο τόξο στον ουρανό ή όταν αναλύετε το λευκό φως μέσα από ένα πρίσμα. To κόκκινο χρώμα έχει το μεγαλύτερο μήκος κύματος και το μπλε το μικρότερο.

　               

Το φως ταξιδεύει μέσα στο χώρο σε μια ευθεία γραμμή, εφόσον τίποτα δεν το ενοχλεί. Δεδομένου ότι το φως κινείται μεταξύ της ατμόσφαιρας, εξακολουθεί να ταξιδεύει ευθεία έως ότου χτυπήσει ένα κομμάτι σκόνης ή ένα μόριο αερίου. Τότε το τι συμβαίνει με το φως εξαρτάται από το μήκος κύματός του και το μέγεθος τού πράγματος που χτυπά.

Τα σωματίδια σκόνης και τα σταγονίδια νερού είναι πολύ μεγαλύτερα από το μήκος κύματος του ορατού φωτός. Όταν το φως χτυπά σε αυτά τα μεγάλα σωματίδια, αντικατοπτρίζεται και φεύγει σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Τα διαφορετικά χρώματα του φωτός ανακλούνται από το σωματίδιο με τον ίδιο τρόπο, άλλωστε αυτό συμβαίνει και στα σύννεφα, το φως ανακλάται και σκεδάζεται πάνω σε μόρια νερού αρκετά μεγαλύτερα από το μήκος κύματος του ορατού φωτός και τα βλέπουμε λευκά. Το φως που αντανακλάται φαίνεται λευκό, επειδή εξακολουθεί να περιέχει όλα χρώματα.

Όταν τώρα τα μόρια του αερίου είναι μικρότερα από το μήκος κύματος του ορατού φωτός, αν προσκρούσει το λευκό φως σε αυτά, ενεργεί διαφορετικά. Όταν το φως χτυπά ένα μόριο αερίου, κάποιο χρώμα μπορεί να απορροφηθεί. Μετά από λίγο, το μόριο ακτινοβολεί το φως σε μια διαφορετική κατεύθυνση. Το χρώμα που ανακλάται είναι το ίδιο χρώμα που είχε απορροφηθεί. Τα διαφορετικά χρώματα του φωτός επηρεάζονται με διαφορετικό τρόπο. Όλα τα χρώματα μπορούν να απορροφηθούν. Όμως, οι υψηλότερες συχνότητες (μπλε) απορροφώνται πιο συχνά από τις χαμηλότερες συχνότητες (κόκκινο). Αυτή η διαδικασία ονομάζεται σκέδαση Rayleigh.(Για περισσότερες πληροφορίες πατήστε εδώ)

Ένα μεγάλο μέρος του φωτός με το μικρότερο μήκος κύματος απορροφάται από τα μόρια των αερίων. Το μπλε φως που απορροφάται στη συνέχεια ακτινοβολείται σε διαφορετικές κατευθύνσεις και περνά διάσπαρτα σε όλο τον ουρανό. Όποια κατεύθυνση και αν κοιτάξετε, ένα μέρος από αυτό το μπλε φως φτάνει στα μάτια σας. Δεδομένου ότι βλέπετε το μπλε φως από παντού γενικά, ο ουρανός φαίνεται μπλε.

Πιο κοντά στον ορίζοντα, ο ουρανός φαίνεται πολύ χλωμότερος, σχεδόν λευκός. Για να φτάσει σε εσάς, το διάσπαρτο μπλε φως πρέπει να ταξιδέψει μέσα σε περισσότερο αέρα. Ένα μέρος του επίσης σκεδάζεται ξανά προς άλλες κατευθύνσεις, έτσι βλέπετε αυτό το απαλότερο μπλε χρώμα, σχεδόν λευκό στον ορίζοντα.

Καθώς ο ήλιος αρχίζει να δύει, το φως πρέπει να ταξιδέψει περισσότερο μέσα από την ατμόσφαιρα προτού να έρθει σε εσάς. Το περισσότερο φως αντανακλάται και σκεδάζεται και έτσι λιγότερο φως θα φτάσει άμεσα στα μάτια σας και ο ήλιος γίνεται λιγότερο φωτεινός. Το χρώμα του ήλιου φαίνεται να αλλάζει, πρώτα σε πορτοκαλί και στη συνέχεια στο κόκκινο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ακόμη και τα μικρού μήκους κύματος χρώματα μπλε και πράσινο είναι τώρα σκεδασμένα. Μόνο τα μεγαλύτερα μήκη κύματος αφήνονται να ταξιδέψουν σχεδόν ευθεία προς τα εσάς.

Ο ουρανός γύρω από τον ήλιο μπορεί να έχει πολλά χρώματα. Πιο θεαματικός δείχνει όταν ο αέρας περιέχει πολλά μικρά σωματίδια σκόνης ή νερού, τα οποία ανακλούν το φως προς όλες τις κατευθύνσεις. Στη συνέχεια, καθώς ένα μέρος από το φως κινείται προς το μέρος σας, διαφορετικά ποσά χρωμάτων με μικρότερο μήκος κύματος διασκορπίζονται προς τα έξω. Τότε βλέπετε τα μεγαλύτερα μήκη κύματος, και ο ουρανός φαίνεται κόκκινος, ροζ ή πορτοκαλί. (Δείτε εδώ ηλιοβασίλεμα με διάσπαρτη ηφαιστειακή σκόνη στον ουρανό)

Διαχεόμενο κόκκινο φως από μόρια νεφών (Βόλος, 16/10/2005)

Τρεμούλιασμα φωτός των αστεριών

Όταν το φως εισέρχεται από ένα αραιότερο σε ένα πυκνότερο οπτικό μέσο ή αντιστρόφως, ελαττώνει την ταχύτητά του και παρεκκλίνει της αρχικής του κατεύθυνσης, φαινόμενο το οποίο καλείται διάθλαση. Τη νύχτα για παράδειγμα τα αστέρια φαίνονται σε διαφορετική θέση από την πραγματική τους εξ αιτίας της διάθλασης του φωτός τους μέσα από την ατμόσφαιρα. Καθώς το φως των αστεριών περνά διαμέσου ατμοσφαιρικών περιοχών διαφορετικής πυκνότητας, υπόκειται σε συνεχείς διαθλάσεις και οι μεταβολές αυτές εμφανίζουν το φως των αστεριών να τρεμοπαίζει, μια κατάσταση που λέγεται λαμπύρισμα.

Λυκόφως

Λυκόφως ονομάζεται η χρονική περίοδος μετά τη δύση του ηλίου και την οποία ο ουρανός παραμένει φωτισμένος χωρίς να απαιτείται η χρήση τεχνητών πηγών για τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Επίσης μερικές φορές μία λάμψη πράσινου φωτός είναι δυνατόν να φαίνεται στην κορυφή ενός ανατέλλοντα ή δύοντα ηλίου. Καθώς το φως εισέρχεται υπό γωνία διαχεόμενο σε ένα παχύτερο στρώμα της ατμόσφαιρας (λόγω γωνίας πρόσπτωσης, διάθλασης και διάχυσης) πολύ λίγο μπλε φθάνει στα μάτια μας ενώ βλέπουμε περισσότερο πράσινο ορατό φως. Μερικές φορές όταν έχουμε πολύ θερμή επιφάνεια και κάποια θερμοκρασιακή αναστροφή υψηλότερα, το πράσινο φως εμφανίζεται ως στιγμιαία λάμψη προτού ο ήλιος εξαφανιστεί από τον ορίζοντα.

Θολός ουρανός

Η επιλεκτική διάχυση του μπλε φωτός από τα μόρια του αέρα είναι δυνατόν να κάνει τα βουνά σε κάποια απόσταση να εμφανίζονται μπλε. Μερικές μέρες του έτους μια μπλε θολούρα δύναται να καλύπτει το τοπίο ως αποτέλεσμα συγκεκριμένης διαδικασίας που συνίσταται στο χημικό συνδυασμό μορίων υδρογονανθράκων (που προέρχονται από την βλάστηση) με μικρές ποσότητες όζοντος. Αυτή η αντίδραση παράγει εξαιρετικά μικρά μόρια που επιλεκτικά διαχέουν μόνο το μπλε φως. Όταν στην ατμόσφαιρα αιωρούνται μικροσκοπικά μόρια σκόνης και άλατος τότε το χρώμα του ουρανού γίνεται από μπλε, γαλακτώδες άσπρο.

Άλως (Φωτοστέφανο) και παρήλια

Ο δακτύλιος φωτός που περιβάλλει τον Ήλιο ή την Σελήνη λέγεται άλως και εμφανίζονται όταν το φως πολώνεται καθώς περνά μέσα από παγοκρυστάλλους όπως πχ νέφη cirrus. Όταν στον αέρα αιωρούνται παγοκρύσταλλοι εξαγωνικού σχήματος (εξάεδρα) τότε λειτουργούν ως πρίσματα αναλύοντας το φως που τα διαπερνά και ένας παρατηρητής βλέπει ένα ζεύγος έγχρωμων περιοχών σε κάθε πλευρά του Ηλίου τα οποία ονομάζονται παρήλια. Επίσης όταν η Σελήνη φαίνεται διαμέσου ενός μανδύα σύννεφων που αποτελούνται από σφαιρικά σταγονίδια, τότε εμφανίζεται ένα λαμπερό δαχτυλίδι φωτός που λέγεται κορώνα. Τέλος όταν διαφορετικά μεγέθη σταγονιδίων συνυπάρχουν σε ένα σύννεφο τότε εμφανίζονται συνδυασμοί χρωμάτων όλων των αποχρώσεων που λέγονται ιριδισμοί.

　

Άλως (Halo) στον ήλιο

 

 

Πηγές:

"The Visible Light Spectrum", Andrew Zimmerman Jones

"Βασικές Αρχές Μετεωρολογίας", G.Donald Ahrens

"Σημειώσεις Εργαστηρίου Κυμάνσεων & Οπτικής", Σαμουήλ Κοέν, Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων 2010-2011

Φωτογραφίες:        Εκπαιδευτικό υλικό NASA ,         Εικόνα από Βόλο: Σταύρος Ντάφης,

 

www.meteovolos.gr