Оптические загадки атмосферы Интерференция, дифракция, рассеяние и преломление света в атмосфере Курин Владислав Викторович, Институт Физики Микроструктур РАН, Нижний Новгород
Речь пойдет о физическом объяснении таких явлений «Лучи» и тени Рефракционные явления - миражи Радуга и другие эффекты рассеяния на каплях воды Гало – рассеяние на кристаллах льда Ложные солнца Использованы фотографии с сайтов
«Лучи» и тени.
Сумеречные «лучи»
Лунные «лучи»
Образование «лучей» и перспектива Объясняется в рамках геометрической оптики
Дифракция и геометрическая оптика Параметр Френеля Геометрическая оптика Дифракция
Соотношение между геометрической и волновой картиной Волна Лучи – нормали к волновым фронтам Фаза Волновой фронт-поверхность x y z x z
Миражи (mirror image) mirage Миражи с двумя изображенями –Нижний мираж (перевернутое изображение под прямым) –Верхний мираж (перевернутое над прямым) Мираж с тремя изображениями (перевернутое между 2 прямыми) Фата-Моргана –чередование искаженных прямых и перевернутых изображений (Фея Моргана, героиня легенд о короле Артуре, живет на морском дне и обманывает путешественников призрачными видениями)
Явления обусловленные преломлением света неоднородно нагретой атмосферой Неоднородная атмосфера действует как линза, отклоняя лучи в большие n Понижение температуры y x Миражи Показатель преломления n
Нижние миражи
Space Shuttle Columbia in the Mirage
Закатный мираж
Закат «Этрусская ваза»- sunset
Моделирование
Ход лучей при миражах
Ход лучей при наличии инверсионного слоя Волноводное распространение из-за полного внутреннего отражения
Оптический атмосферный волновод Высота x Температура
Уплощенное солнце-верхний мираж
Двойной закат
Зеленый луч на побережье Орегона
Последовательные фазы заката
Mock mirage simulation Weak inversionDucted mirage
Зеленый луч-green flash
Загоризонтные видение и волноводное распространение
Миражи- «фата-моргана»- несколько инверсионных слоев Описаны случаи видения на несколько сотен километров
Фата-моргана у берегов Норвегии
Дифракция или рассеяние света на каплях воды Радуга Корона или венцы Сияние Переливчатость, игра цветов Теория радуги: Геометрооптический подход: Р. Декарт, 1637 Волновой подход: Эйри, 1836 Теория короны: Фраунгофер,
Типичная радуга
Еще одна
Ход лучей в капле d>> Прицельный параметр Угол рассеяния
Зависимость угла рассеяния от прицельного параметра Лучи 2-го порядка Лучи 1-го порядка Существуют предельные углы рассеяния!!!
В приближении ГО интенсивность света в экстремальных направлениях бесконечна Свет из трубки попадает в угол но в экстремуме
Зависимость интенсивности от угла в приближении ГО I Радуга 2-го порядка Радуга 1-го порядка Темная полоса Александра Каустика
Распределение интенсивности от угла вблизи каустики при учете конечности I Каустика 0 Свет Тень ГО Функция Эйри
Волновой фронт вблизи предельного угла
Показатель преломления зависит от длины волны! I Каустика синего 0 Свет Тень Каустика красного Главная радуга Побочные радуги
Вид побочных дифракционных радуг
Побочные радуги 2-го порядка
Отраженная радуга
Двойная радуга – до сих пор не имеет общепринятого объяснения
Туманная радуга – радуга от маленьких капель
Лунная туманная радуга
Зависимость от размера капель
Корона-рассеяние вперед на маленьких каплях
Образование короны. Картина волновых фронтов
Переливчатые облака
Сияние - рассеяние близкое к обратному
Сияние в туманном лесу
Сияние в горах
Дифракция света на больших каплях a=1mm
Дифракция света на маленьких каплях a=20 m
Рассеяние на кристаллах льда. Гало. Кристаллы льда Призмы Пластинки
Часто наблюдаемые гало. Схема Зенитальная арка Верхняя касательная арка 22 гало Нижняя касательная арка Паргелии. Ложные солнца -Sundogs Паргелический круг.
Зенитальная арка
Касательные арки Синий и красный лучи образуют верхнюю и нижнюю касательные арки
22 круговое гало
Формирование 22 гало
Sundogs-схема 22 гало от ориентированных гексагональных пластин
Sundogs
Это все. Спасибо.