Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 1

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 2

Optické jevy na oblozeDuha, koróna, gloriola, halo,polární záře, rozptyl světla,

astronomická refrakce,vzdušné zrcadlení, zelený paprsek.

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 3

hlavní oblouk 42° a vedlejší 51°obrácené pořadí barev

Duha:

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 4

červenáduha

Duha ve vodní tříšti

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 5

Vnitřek duhy je světlejší

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 6

protislunce

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 6

protislunce

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 6

protislunceprotislunce

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 6

protislunceprotislunceprotislunce

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 7

René Descartes 1637

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 8

Isaac Newton 1670, proč je duha barevná, pořadí barevn=1.33 (červená) a n=1.34 (fialová)

George Airy 1820, podružné oblouky duhyzávislost na velikosti kapek

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 9

pro n=1.33 je δ δ δ δ = 42.5°pro n=1.34 je δ δ δ δ = 41.5°

kde

Minimální resp. maximální deviace

α úhel dopaduβ úhel lomum počet vnitřních odrazůn index lomu

δm = 1

n

1)1(1

cos 2

2

−+−=

m

nα

βα sinsin n=

( ) ( )ββαδ 21802 −°+−= m

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 10

duha s loukotěmi

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 11

velehorská duha

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 12

duha v Grand kaňonu

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 13

duha v údolí

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 14

noční duha (měsíční) & Venuše

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 15

odražená duha

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 16

duha v tříšti mořské vody42° (sladká voda)41° (slaná voda)

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 17

Rozšt ěp duhy:velké asférické kapky, silný déšť

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 18

Duhová pavučina

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 19

Ideální duha : (počítačová simulace)bodový zdroj a sférická kapka 0.75 mm

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 20

Bílá duha :mlha, kapky <50 µm

ohyb světla

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 21

Koróna:ohyb na kapičkách vodypro kapku 10 µm → 3°

obvykle 0° až 10°*

vysvětlil 1852 Emile Verdet

D

λα ≈sin

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 22

Koróna téměř bez duhového okraje

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 23

slunce

kapky

koróna

gloriola

dopředný rozptyl zpětný rozptyl

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 24

Gloriola:glorie, svatozář,opoziční efekt,Brockenský

přízrak

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 25

gloriola shora

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 25

gloriola shora

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 26

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 27

gloriola v ranní rose

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 28

kondenzační čáry

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 29

kondenzace vzdušných par

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 30

kondenzační čáry po US vojenské raketě Minotaurus

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 31

Irizacea

perleťové mraky

Rozptyl na kapičkách vody nebo interference

na krystalcích ledu ~ 2 µm

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 32

Halové jevy:

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 33

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 34

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 35

Typické tvary sněhových vloček

*šesterečná symetrie

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 36

krystalky ledu ~100 µm

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 37

lom a odraz slunečních paprskůna krystalcích ledu ~ 100 µm

v mracích typu cirrus 5-10 km vysoko

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 38

Malé halo 22°

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 39

δ

θ

n

Pro led n=1.31 dostaneme

→

minimální deviace

pro θ θ θ θ =60° je δ δ δ δ = 22°pro θ θ θ θ =90° je δ δ δ δ = 46°

2sin

2sin

δθθ +=n

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 40

22°

malé halo209x ročně

46°

velké halo18x ročně

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 41

Parhelium: >22°(vedlejší slunce)

71x ročně

~22°

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 42

Pro θ =60° dostaneme

pro h = 0° je δ δ δ δ = 22°pro h = 20° je δ δ δ δ = 23°pro h = 40° je δ δ δ δ = 28°

Poloha parhelia

kdeh - výška slunceδ – poloha parhéliaθ – lámavý úhel

2sin

2sin

sin1sin

2

22 δθθ +=−−

h

hn

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 43

Horní a dolní dotykový oblouk:59x ročně

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 44

Tvar dotyk. oblouku závisí na výšce slunce

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 45

Cirkumzenitální oblouk:31x ročně

Slunce < 32°

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 46

Halový sloup: 34x ročněodrazem na ledových destičkách

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 47

paranthelium1x ročně

120°

parhelický kruh13x ročně

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 48

Z historie jevu:

Halo pojmenoval Aristotelés 3. st. př. Kr.,ale jev znali již Asyřané v 7. st. př. Kr.,

Malé halo vysvětlil: Edme Mariotte 1681 stol.

Velké halo vysvětlil: Henry Cavendish17. stol.

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 49

Halo a evropské d ějiny

Rok 312, před bratrovražednou bitvou římských spolucísařů Konstantina a Maxentia se ráno na obloze zjevilo - boží znamení - tři zářící kříže (tj. halový sloup, 2 parhélia a parhelický oblouk).Konstantin bitvu u Milvijského mostu přes Tiberu proti čtyřnásobné přesile vyhrál, sjednotil říši a povolil v ní vyznávat křesťanství . Na smrtelném loži roku 337 se dokonce nechal pokřtít.

Konstantin I. Veliký

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 50

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 51

malé halo

velké halo

protislunce

parhelium

halovýsloup

horní dotykový o.

dolní dotykový o.

Parryho o.

Lowitzovy oblouky

horní cirkumzenitální o.

parhelickýkruh

supralaterální oblouk

infralaterální oblouk

paranthelium

Kompletní struktura halových jev ů

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 52

Polární zá ře

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 53

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 54

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 55

Vznik polární zá ře:

1. sluneční a magnetická bouře 2. rovnodennost 3. za polárním kruhem (aurorální ovál asi 70°±5°)

11-letý cyklus sluneční aktivity, maximum 2012-2013

Sluneční vítr (p+, e-) + magn. pole Země → Van Allenovy pásyTy někdy zasahují až do horní atmosféry → ionizace h>100 km

Luminiscence:O (atomární kyslík) 630 nm a 558 nm (červená a zelená), N2 (ion. molekula dusíku) 391 nm a 428 nm (fialová a modrá)

Polární záře i u nás: 1989, 2000-2001, 2012

+

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 56

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 57

světlo~100 km

zemskémagnetické

polezachycený

p, e~100 keV

Země

Van Allenovyradiační pásy

aurorální ovály

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 58

Polární záře z kosmu:

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 59

Z historie:

8. stol. př. Kr. - Hesiodes popisuje v Theogony „… nebe v plamenech a ohnivé draky na obloze …“

1575 - Cornelius Gemma , první vědecká ilustrace1620 - Pierre Gassendi dal jevu jméno aurora borealis1741 - Olof P. Hiorter chvění střelky kompasu při polární záři1745 - Don Ulloa pozoruje polární záře na mysu Horn 56° (aurora australis)1896 - Kristian Birkeland objasňuje původ polární záře,

elektrony ze Slunce zachyceny magnetosférou Země,tak vznikají el. proudy tekoucí podél silokřivek magnetického pole (tzv. Birkelandovy proudy), experimenty s Terrellou.

1958 - James Alfred Van Allen, Explorer I a III, vnitřní radiační pás

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 60

Proč je obloha modrá ?Proč je slunce rudé ?

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 61

Rayleigho zákon:

Projde 5x méně modrého než červeného světla

arozptýlí se 5x více modrého

než červeného světla.

obloha je modráa

slunce červené

Rozptyl sv ětla v atmosfé ře

4

1~

λλI

rozptyl

projde

rozptyl

bílé světlo

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 62

západ slunce500 km

poledne 20 km

90 %7 %

A proč není slunce rudéi v poledne ?

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 63

1871 Rayleigh předpokládá rozptyl na kapkách vody nebo prachových zrnech.

***

Ale jak to, že

Ve skutečnosti jde o rozptyl na termálních fluktuacích hustoty vzduchu.

Modrá obloha je důkazem molekulární hypotézy!1905-1908 Einstein & Smoluchowski

čím čistší vzduch,tím je obloha mod řejší?!

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 64

refrakce na obzoru až 35´

slunce již pod obzorem!

deformace slunce 32'x26'

Atmosférická refrakce

ztg75 ′′≈β

z

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 65

Západ Měsíce z kosmu

na zemi o 1/5

z kosmu o 1/2

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 66

Vzdušné zrcadlení:odraz světla od vrstvy teplejšího vzduchu

Spodní zrcadlení:

Svrchní zrcadlení:známé také jako

Fata Morgána:víla, nevlastní sestra

krále Artuše ovládající vzdušné přeludy zjevující sev Messinské úžině na Sicílii

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 67

spodní zrcadlení

mokré silnice

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 68podivná zvířata

neexistující ostrovy v poušti

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 69

Létající ostrovy a lodě

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 70

4x stejná loď

loď břichem vzhůru

svrchní zrcadlení

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 71

svrchní zrcadlení

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 72

svrchní zrcadlení

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 73

svrchní zrcadlení

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 74

vázačíšeomega

mocca

západ slunce

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 75

Dvojitý a trojitý západ slunce

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 76

Zelený záblesk

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 77

Zelený paprsek

proslavil 1882 Jules Verne*

Hrdinka se odmítá provdat za muže,kterého jí vybrali strýcové do té doby,

než s ním společně spatří zelený paprsek,který je podle pověstí znamením věrné lásky.

*Záře nevšedně nádherná a

se žádnou zelení vyskytující sena zemi srovnatelá.

Zelený zábleskobjasnil 1955

Gerhard Dietze

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 78

zelený zábleskpodle učebnic

standardní atmosféra

horizont

trvá < 2 sec

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 79

zelený zábleskve skute čnosti

→západ sluncevodivý kanál

trvá až 15 sec

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 80

Standardní atmosféra ∇T ≈ −6.5 °C/1km

Teplotní inverze ∇T > 0

→vodivý kanál

inverze

kanál

světlovodný kanál = vrstva studeného vzduchu

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 81

Rozfázovaný západ slunce se zeleným zábleskem

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 82

Děkuji za pozornost !

Literatura:

http://www.atoptics.co.uk/http://ukazy.astro.cz/halo.phphttp://halo.kvalitne.cz/http://www.sysifos.cz/files/Bednar_opticke_jevy.pdfBednář, J.: Pozoruhodné jevy v atmosféře. Academia, Praha 1989