Петергофская гимназия императора Александра II Работу выполнили: Тарасова Е. и Заварина А., 10 «А» класс. Руководитель: Юрченко А. А. - презентация

1 Петергофская гимназия императора Александра II Работу выполнили: Тарасова Е. и Заварина А., 10 «А» класс. Руководитель: Юрченко А. А.

2 ОГЛАВЛЕНИЕ Исторические сведения Евклид Аристотель Клеомед Птолемей Альгазен Гримальди Бартолини Гюйгенс Гук Ньютон Возрождение Волновой теории Юнг Малюс Брюстер Френель Свет и живые организмы Линзы Свет и живые организмы Световые волны Закон отражения света Закон преломления света Дисперсия света Интерференция света Кольца Ньютона Дифракция света Поляризация света Спектры Вид спектров Исторические сведения Спектральный метод исследования Спектральный анализ Изобретение телескопа Атмосферная оптика Радуга Причина радуги Физика радуги История исследования Необычная радуга Гало Мираж Фата-Моргана Заря Сумерки Полярное сияние Голография Глория Зелёный луч Серебристые облака Перламутровые облака

3 Исторические сведения

4 Одним из основоположников геометрической (лучевой) оптики является знаменитый греческий математик Евклид. Свои оптические труды он изложил в двух трактатах «Оптика» и «Катоптрика». Евклид

5 В «Оптике» Евклид придерживается ошибочной теории о зрительных лучах, согласно которой видимость предмета обусловлена тем, что из глаза, как из вершины, идет конус прямых лучей, касающихся границ предмета и, «как пальцы, ощупывающих его». В «Оптике» Евклида впервые был сформулирован закон прямолинейного распространения света. Рассматривая вопрос о видимых размерах предмета, Евклид правильно указывает, что они зависят от угла зрения. В трактате «Катоптрика» автор изложил важный закон отражения света и применил его к исследованию как плоских, так и сферических зеркал. Евклид указывает, что вогнутые зеркала могут дать как сходящийся, так и расходящийся пучок лучей, а выпуклые только расходящийся. Вернуться к оглавлению

6 Однако первое упоминание о преломлении света было сделано греческим ученым Аристотелем ( гг. до н. э.) Аристотель Вернуться к оглавлению

7 Клеомед Но подробное описание преломле-ния света впервые было сделано Клеоме-дом (50 г. до н. э.). Он указал, что луч света при переходе из менее плотной среды в более плотную преломляется, приближаясь к перпендикуляру, восстановленному к границе раздела двух сред в точке падения луча, при обратном переходе луч удаляется от этого перпендикуляра. Клеомед описы- вает следующий опыт. Нужно стать так, чтобы плоское кольцо, положенное на дно сосуда, скрылось за его краем. Затем, не изменяя положение глаз, налить в сосуд воды. Луч света преломится на поверхности воды, и кольцо станет видимым. Вернуться к оглавлению

8 Птолемей (70147 гг. н. э.) издал в 130 г. н. э. трактат «Оптика». В нем были собраны все современные Птолемею оптические знания, которые он дополнил самостоятельными исследованиями. В книге разбирается теория зрения, отражение света, теория плоских и сферических зеркал, а также преломление света. Клавдий Птолемей Вернуться к оглавлению

9 Наиболее выдающимся арабским оптиком был Альгазен (XI в. н. э.). Его основное сочинение «Оптика» представляет собой изложение учения о свете со времен Птолемея. Альгазен отвергает древнюю теорию зрительных лучей, исходящих из глаза. Он доказывает, что изображение предмета возникает в хрусталике глаза. То, что зрение двумя глазами дает одно изображение, он объяснил соединением обоих зрительных впечатлений в одно с помощью общего зрительного нерва. В «Оптике» он показывает, что цвета тел бывают различными в зависимости от их освещенности: тела почти черные при слабом свете при сильном оказываются Цветными Альгазен Вернуться к оглавлению

10 В 1665 г. итальянским ученым Гримальди были открыты такие явления, как интерференция и дифракция света. В темную комнату сквозь маленькое отверстие он пропустил солнечный свет и в конус света на довольно большом расстоянии от отверстия ввел палку, направив тень от нее на белый экран. В результате тень от палки оказалась шире, чем она должна была быть при совершенно прямолинейном распространении света, и как внутри, так и снаружи окаймленной цветными полосами. Франческо Гримальди Вернуться к оглавлению Отсюда стало ясно, что свет не только распространяется прямолинейно, но и, проходя мимо тела, отклоняется в сторону от тела, а также огибает его. Такое свойство света Гримальди назвал дифракцией. Затем, пропустив свет через два близко расположенных отверстия, он получил на экране два частично перекрывающихся изображения, причем одна часть изображения оказалась светлее, другая темнее. Таким образом, он точно охарактеризовал интер- ференцию света, хотя и не объяснил ее.

11 Эраст Бартолин В 1669 г. датский ученый Э. Бартолин обнаружил, что если смотреть через кристалл исландского шпата (СаСО 3 ), то предметы кажутся двойными. Следовательно, такой кристалл раздваивает падающий на него луч так, что в кристалле появляются и через него проходят два преломленных луча. Затем, рассматривая предмет под различными углами зрения через кристалл, Бартолин установил, что у одного из лучей «обыкновенного» постоянный показатель преломления, а у другого «необыкновенного» он меняется в зависимости от направления этого луча. Открытое явление оказалось свойственным многим кристаллическим веществам и получило название двойного лучепреломления. Вернуться к оглавлению

12 Голландский физик X. Гюйгенс ( ) считал, что корпускулярная теория противоречит свойствам световых лучей. Гюйгенс полагал, что Вселенная заполнена тончайшей, в высшей степени подвижной, упругой и легкой средой мировым эфиром. Волновые представления позволили Гюйгенсу теоретически вывести законы отражения и преломления света. Волновая теория Гюйгенса хотя и объясняла явления геометрической оптики, но имела существенные недостатки. Сравнивая световые волны со звуковыми, он полагал, что световые волны являются продольными и распространяются в виде непериодических «взрывных» импульсов. На основе таких представлений о природе световых волн нельзя было истолковать явления интерференции и дифракции света, которые обусловлены периодичностью световых волн. Христиан Гюйгенс Вернуться к оглавлению

13 Сторонником волновой теории был и английский физик Р. Гук ( ). Он полагал, что свет возникает благодаря колебаниям светящегося тела; эти колебания передаются частицами окружающей среды, образуя в ней сферическую волновую поверхность, которая быстро увеличивается, подобно круговым волнам на поверхности воды. В своем сочинении «Микрография» Гук впервые обстоятельно описал интерференционные явления цвета тонких пластинок, (мыльных пузырей, слюдяных пластинок) и дал им толкование с точки зрения волновой теории света. Он заметил зависимости цвета от толщины пластинки, но не установил точного математического закона. Роберт Гук Вернуться к оглавлению

14 В 60-х годах XVII в. начал свои оптические исследования И. Ньютон. Его заслуги в истории развития оптики исключительно велики. Он теоретически и экспериментально исследовал все известные в его время оптические явления. Результаты этих исследований и собственные замечательные оптические открытия были описаны им в фундаментальном трактате «Оптика», изданном в 1704 г. К 60-м годам XVII в. относится одно из великих открытий Ньютона различная преломляемость (дисперсия) цветных лучей света. C помощью опытов Ньютон доказал, что окраска и степень преломляемости, свойственные монохроматическому лучу, не могут быть изменены ни преломлением, ни отражением от тел, ни какой-либо другой причиной. Ньютон установил, что каждому монохроматическому лучу соответствует свой точный количественный признак его показатель преломления. Исаак Ньютон Вернуться к оглавлению

15 Благодаря авторитету Ньютона кор- пускулярная теория получила широкое рас- пространение среди физиков XVIII в., а волновая теория была необоснованно забы- та. Лишь некоторые ученые, в том числе М. В. Ломоносов и Л. Эйлер, были сто- ронниками волновой теории. Возрождение и быстрое развитие волновой теории (преимущественно во Франции и Англии) на экспериментальной и математической основе началось в XIX в. и было связано в первую очередь с именами Т. Юнга ( ) и О. Френеля ( ). Михаил Ломоносов Леонард Эйлер Возрождение волновой теории Вернуться к оглавлению

16 Открытием, создавшим эпоху в учении о свете и сделавшим Т. Юнга преобразователем оптики, была интерференция света. Основ-ное понятие волновой оптики длина волны было впервые введено Юнгом. В 1803 г. он дополнил свою теорию цветов тонких пластинок указанием на то, что при отражении луча от более плотной среды он «теряет» полволны. Этим объясня- ется темное пятно в центре системы колец Ньютона. С помощью интер- ференции света Юнг объяснял также дифракцию света. Томас Юнг Вернуться к оглавлению

17 Важное открытие было сделано в 1808 г.французским физиком Э. Л. Малюсом ( ). Он рассматривал через кристалл исландского шпата отражение заходящего Солнца от стекол окон Люксембургского дворца, расположенного напротив его квартиры, и заметил, что кристалл вместо обычных двух изображений дает только одно изображение Солнца. Так Малюс впервые открыл поля- ризацию света при отражении его от поверх- ности, а также им открыта поляризация света при преломлении. Этьен Малюс Вернуться к оглавлению

18 Поляризацию света исследо-вал и английский физик Брюстер ( ). В 1815 г. он установил, что для всякой среды, на поверхность которой падает луч света, существует определенный угол, при котором отраженный луч поляризован. Брюстер Вернуться к оглавлению

19 Французский физик О. Френель в своих опытах наблюдал дифракционные полосы, образующиеся при пропускании света через щель. Он пропускал свет через очень узкое прямолинейное отверстие, выскобленное в слое туши, покрывающем зеркальное стекло, и через такое же отверстие между двумя медными цилиндрами. В обоих случаях дифракционная картина оказалась одинаковой. Поэтому Френель объяснил появление дифракционных полос интерференцией всех лучей, проходящих через отверстие. Таким образом, он вернулся к принципу Гюйгенса и дополнил его идеей интерференции элементарных волн. Благодаря Френелю физика получила, кроме многих опытов по наблюдению интерференции и дифракции, теорию зон, т. е. участков, на которые разбивают волновую поверхность при изучении световых явлений. Огюстен Жан Френель Вернуться к оглавлению

20 Свет и живые организмы

21 Глаз как оптический инструмент Глаз человека представляет собой сложную оптическую систему. Он имеет почти шарообразную форму и диаметр около 2,5 см. Снаружи он покрыт защитной оболочкой белого цвета склерой. Передняя прозрачная часть склеры называется роговицей. На некотором расстоянии от нее расположена радужная оболочка, окрашенная пигментом. Отверстие в радужной оболочке представляет собой зрачок. В зависимости от интенсивности падающего света зрачок рефлекторно изменяет свой диаметр приблизительно от 2 до 8 мм. Между роговицей и радужной оболочкой находится прозрачная жидкость. За зрачком находится хрусталик эластичное линзоподобное тело. Особая мышца может изменять в некоторых пределах форму хрусталика, изменяя тем самым его оптическую силу. Остальная часть глаза заполнена стекловидным телом. Задняя часть глаза глазное дно, оно покрыто сетчатой оболочкой, представляющей собой сложное разветвление зрительного нерва с нервными окончаниями палочками и колбочками, которые являются светочувствительными элементами.

22 1 склера 2 роговица 3 радужная оболочка 4 хрусталик 5 мышца 6 сетчатая оболочка 7 зрительный нерв

23 Основная особенность глаза как оптического инструмента состоит в способности рефлекторно изменять оптическую силу глазной оптики в зависимости от положения предмета. Такое приспособление глаза к изменению положения наблюдаемого предмета называется аккомодацией. Область аккомодации глаза можно определить положением двух точек: дальняя точка аккомодации определяется положением предмета, изображение которого получается на сетчатке при расслабленной глазной мышце. У нормального глаза дальняя точка аккомодации находится в бесконечности; ближняя точка аккомодации расстояние от рассматриваемого предмета до глаза при максимальном напряжении глазной мышцы. Ближняя точка нормального глаза располагается на расстоянии 10–20 см от глаза. С возрастом это расстояние увеличивается. Кроме этих двух точек, определяющих границы области аккомодации, у глаза существует расстояние наилучшего зрения, т. е. расстояние от предмета до глаза, при котором удобнее всего (без чрезмерного напряжения) рассматривать детали предмета (например, читать мелкий текст). Это расстояние у нормального глаза условно полагают равным 25 см.

24 Изображение удаленного предмета в глазе: a нормальный глаз; b близорукий глаз; с дальнозоркий глаз.

25 Расстояние наилучшего зрения у близорукого глаза меньше, а у дальнозоркого больше, чем у нормального глаза. Для исправления дефекта зрения служат очки. Для дальнозоркого глаза необходимы очки с положительной оптической силой (собирающие линзы), для близорукого с отрицательной оптической силой (рассеивающие линзы).

26 Подбор очков для чтения для дальнозоркого (a) и близорукого (b) глаза. Предмет A располагается на расстоянии d = d 0 = 25 см наилучшего зрения нормального глаза. Мнимое изображение A' располагается на расстоянии f, равном расстоянию наилучшего зрения данного глаза. Вернуться к оглавлению

27 Линзы

28 Тонкие линзы Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Если толщина самой линзы мала по сравнению с радиусами кривизны сферических поверхностей, то линзу называют тонкой. Линзы входят в состав практически всех оптических приборов. Линзы бывают собирающими и рассеивающими. Собирающая линза в середине толще, чем у краев, рассеивающая линза, наоборот, в средней части тоньше.

29 Условные обозначения Собирающие линзы Рассеивающие линзы

30 Прямая, проходящая через центры кривизны O 1 и O 2 сферических поверхностей, называется главной оптической осью линзы. В случае тонких линз можно приближенно считать, что главная оптическая ось пересекается с линзой в одной точке, которую принято называть оптическим центром линзы O. Луч света проходит через оптический центр линзы, не отклоняясь от первоначального направления. Все прямые, проходящие через оптический центр, называются побочными оптическими осями. Если на линзу направить пучок лучей, параллельных главной оптической оси, то после прохождения через линзу лучи (или их продолжения) соберутся в одной точке F, которая называется главным фокусом линзы. У тонкой линзы имеются два главных фокуса, симметрично расположенных относительно линзы на главной оптической оси. У собирающих линз фокусы действительные, у рассеивающих мнимые. Единица измерения оптической силы является 1 диоптрия (дптр). Диоптрия оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м: 1 дптр = м –1.

31 Преломление параллельного пучка лучей в собирающей (a) и рассеивающей (b) линзах. Точки O 1 и O 2 центры сферических поверхностей, O 1 O 2 главная оптическая ось, O оптический центр, F главный фокус, F ' побочный фокус, OF ' побочная оптическая ось, Ф фокальная плоскость. Вернуться к оглавлению Собирающая линза Рассеивающая линза

32 Световые волны

33 Закон отражения света

34 1. Угол отражения равен углу падения. 2. Падающий луч, луч отраженный и перпендикуляр, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости. Вернуться к оглавлению

35 Закон преломления света Преломление (рефра́кция) явление изменения пути следования светового луча (или других волн), возникающее на границе раздела двух прозрачных (проницаемых для этих волн) сред или в толще среды с непре- рывно изменяющимися свойствами. Преломление свойственно для многих видов излучения различной природы, например, электромагнитных и звуковых волн. Вернуться к оглавлению

36 закон преломления света 1.Падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости.. 2.Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред. Закон преломления света позволяет рассчитать ход лучей в различных оптических устройствах, например в треугольной призме, изготовленной из стекла или других прозрачных материалов. Вернуться к оглавлению

37 Дисперсия света Опыт Ньютона был гениально прост. Ньютон догадался направить на призму световой пучок малого поперечного сечения. Пучок солнечного света проходил в затемненную комнату через маленькое отверстие в ставне. Падая на стеклянную призму, он преломлялся и давал на противоположной стене удлиненное изображение с радужным чередованием цветов. Следуя многовековой традиции, согласно которой радуга считалась состоящей из семи основных цветов. Ньютон тоже выделил семь цветов: фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и красный. Саму радужную полоску Ньютон назвал спектром. Вернуться к оглавлению Дисперсией называется зависимость показателя преломления света от частоты колебаний (или длины волны).

38 Закрыв отверстие красным стеклом. Ньютон наблюдал на стене только красное пятно, закрыв синим стеклом, наблюдал синее пятно и т. д. Отсюда следовало, что не призма окрашивает белый свет, как предполагалось раньше. Призма не изменяет свет, а лишь разлагает его на составные части.

39 Белый свет имеет сложную структуру. Из него можно выделить пучки различных цветов, и лишь совместное их действие вызывает у нас впечатление белого цвета. В самом деле, если с помощью второй призмы, повернутой на 180 относительно первой, собрать все пучки спектра, то опять получится белый свет. Выделив же какую-либо часть спектра, например зеленую, и заставив свет пройти еще через одну призму, мы уже не получим дальнейшего изменения окраски.

40 Интерференция света Английский ученый Томас Юнг первым пришел к гениальной мысли о возможности объяснения цветов тонких пленок сложением волн 1 и 2, одна из которых (1) отражается от наружной поверхности пленки, а вторая (2) от внутренней. При этом происходит интерференция световых волн сложение двух волн, вследствие которого наблюдается устойчивая во времени картина усиления или ослабления результирующих световых колебаний в различных точках пространства. Вернуться к оглавлению

41 Кольца Ньютона На фото оправа, в которой зажаты две стеклянные пластины. Одна из них слегка выпуклая, так что пластины касаются друг друга в какой-то точке. И в этой точке наблюдается нечто странное: вокруг нее возникают кольца. В центре они почти не окрашены, чуть дальше переливаются всеми цветами радуги, а к краю теряют насыщенность цветов, блекнут и исчезают... Так выглядит эксперимент, в XVII веке положивший начало современной оптике. Несмо- тря на название, первым его провел отнюдь не Исаак Ньютон. В 1663 г. другой англичанин, Роберт Бойль, первым обнаружил кольца Нью- тона, а через два года опыт и открытие были независимо повторены Робертом Гуком. Ньютон же подробно исследовал это явление, обнару- жил закономерности в расположении и окраске колец, а также объяснил их на основе корпускулярной теории света.

42 Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. Как показывает опыт, свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени. Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос. Дифракция света

43 Опыт Юнга В 1802 г. Т. Юнг, открывший интер- ференцию света, поставил классический опыт по дифракции. В непрозрачной ширме он проколол булавкой два маленьких отверстия B и С на небольшом расстоянии друг от друга. Эти отверстия освещались узким световым пучком, прошедшим в свою очередь через малое отверстие А в другой ширме. Именно эта деталь, до которой очень трудно было додуматься в то время, решила успех опыта. Интерферируют только когерентные волны. Возникшая в соответствии с принципом Гюйгенса сфери- ческая волна от отверстия А возбуждала в отверстиях В и С когерентные колебания. Вследствие дифракции от отверстий В и С выходили два световых конуса, которые частично перекрывались.

44 В результате интерференции световых волн на экране появлялись чередующиеся светлые и темные полосы. Закрывая одно из отверстий. Юнг обнаруживал, что интерференционные полосы исчезали. Именно с помощью этого опыта впервые Юнгом были измерены длины волн, соответствующие световым лучам разного цвета, причем весьма точно. Теория Френеля Исследование дифракции получило свое завершение в работах О. Френеля. Френель добился успеха, объединив принцип Гюйгенса с идеей интерференции вторичных волн. Согласно идее Френеля волновая поверхность в любой момент времени представляет собой не просто огибающую вторичных волн, а результат их интерференции (принцип Гюйгенса Френеля).

45 Дифракционные картины от различных препятствий Из-за того, что длина световой волны очень мала, угол отклонения света от направления прямолинейного распространения невелик. Но если расстояние до экрана достигает сотен метров или нескольких километров, то дифракцию можно наблюдать на препятствиях размером в несколько сантиметров и даже метров. От тонкой проволочкиОт круглого отверстияОт круглого экрана

46 Поляризация света Поляризация происходит при прохождении света сквозь некоторые кристаллы (турмалин, исландский шпат) и тонкие плёнки из синтетических материалов. Свет называется полностью поляризованным, если две взаимно перпендикулярные компоненты (проекции) вектора светового пучка совершают колебания с постоянной во времени разностью фаз. Свет, прошедший через такой поляризатор, на взгляд ничем не отличается от обычного. Но если на пути поляризованного луча поместить второй кристалл или кусок плёнки анализатор, станут видны его особые свойства. Вернуться к оглавлению

47 Наибольший интерес представляют предельные случаи эллиптической поляризации линейная (плоская) электромагнитная волна, когда эллипс поляризации вырождается в отрезок прямой линии, определяющий положение плоскости поляризации, и циркулярная (или круговая), когда эллипс поляризации представляет собой окружность. В первом случае свет называется линейно поляризованным, а во втором право- или лево- циркулярно поляризованным в зависимости от направления вращения вектора. На анимации показана линейно поляризованная электромагнитная волна (выделено синим) и волна круговой поляризации (выделено красным).

48 Поляризаторы В научных лабораториях в качестве поляризационных приспособлений обычно используют призмы, склеенные из стекла и исландского шпата. Такую призму называют николем, её предложил в 1820 году английский физик Уильям Николь.

49 В начале XIX века французский военный инженер Этьен Малюс обнаружил, что свет, отражённый от поверхности воды или стекла, поляризуется так же, как при прохождении сквозь исландский шпат. Поляризационный прибор начала ХIX века. Луч света, приходящий слева, падает на лист стекла А под углом поляризации, отражается от зеркала Б на предметный столик В. Исследуемый объект рассматривали через анализа- тор Г. Предметный столик можно пово- рачивать и наклонять, измеряя углы поляризации образцов. Несколько кон- струкций анализатора показаны справа. Сверху вниз: «чёрное» зеркало, стеклян- ная стопа, призма Николя и призма с воздушной прослойкой.

50 Кусочки целлофана между скрещёнными поляроидами превращаются в ярко раскрашенный витраж (1). Его цвета меняются на дополнительные, если один из поляроидов развернуть на 90° (2). 1 2

51 В поляризованном свете окружающий нас мир выглядит совершенно по другому. Чертёжная линейка из прозрачной пластмассы оказывается разрисованной фантастическими цветными полосами.

52 Мало кто знает, что поляризованный свет бывает виден и простым глазом. Однако на фоне голубого неба порой удаётся разглядеть продолговатое пятно желтоватого цвета с голубыми пятнами по бокам, которое в 8 раз больше полной Луны. Это так называемая «щётка Гайдингера», узор, обусловленный способностью сетчатки глаза по-разному видеть синий и жёлтый поляризованный свет неба. Учиться наблюдать эту «щётку» следует вначале при помощи поляризатора, направив его на большое белое облако. Вернуться к оглавлению

53 Спектры

54 Спектр Спектр (от лат. spectare смотреть) распределение потока излучения или частиц по длинам волн или энергии. Ощущение любого цвета можно получить смешиванием спектрально чистых излучений красного, зеленого и синего цвета.

55 Виды спектров Непрерывные спектры Солнечный спектр или спектр дугового фонаря является непрерывным. Это означает, что в спектре представлены волны всех длин. В спектре нет разрывов, и на экране спектрографа можно видеть сплошную разноцветную полосу. Вернуться к оглавлению

56 Непрерывные (или сплошные) спектры, как показывает опыт, дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии, а также сильно сжатые газы. Для получения непрерывного спектра нужно нагреть тело до высокой температуры. Характер непрерывного спектра и сам факт его существования определяются не только свойствами отдельных излучающих атомов, но и в сильной степени зависят от взаимодействия атомов друг с другом. Непрерывный спектр дает также высокотемпературная плазма. Электромагнитные волны излучаются плазмой в основном при столкновении электронов с ионами. Линейчатые спектры Внесем в бледное пламя газовой горелки кусочек асбеста, смоченного раствором обыкновенной поваренной соли. При наблюдении пламени в спектроскоп на фоне едва различимого непрерывного спектра пламени вспыхнет яркая желтая линия. Эту желтую линию дают пары натрия, которые образуются при расщеплении молекул поваренной соли в пламени.

57 Спектры испускания: 1 сплошной; 2 натрия; 3 водорода; 4 гелия. Спектры поглощения: 5 солнечный; 6 натрия; 7 водорода; 8 гелия.

58 На рисунке приведены также спектры водорода и гелия. Каждый из них это частокол цветных линий различной яркости, разделенных широкими темными полосами. Такие спектры называются линейчатыми. Наличие линейчатого спектра означает, что вещество излучает свет только вполне определенных длин волн (точнее, в определенных очень узких спектральных интервалах). Линейчатые спектры дают все вещества в газообразном атомарном (но не молекулярном) состоянии. В этом случае свет излучают атомы, которые практически не взаимодействуют друг с другом. Это самый фундаментальный, основной тип спектров.

59 Полосатые спектры Полосатый спектр состоит из отдельных полос, разделенных темными промежутками. С помощью очень хорошего спектрального аппарата можно обнаружить, что каждая полоса представляет собой совокупность большого числа очень тесно расположенных линий. В отличие от линейчатых спектров полосатые спектры создаются не атомами, а молекулами, не связанными или слабо связанными друг с другом. Для наблюдения молекулярных спектров так же, как и для наблюдения линейчатых спектров, обычно используют свечение паров в пламени или свечение газового разряда.

60 Спектры поглощения Все вещества, атомы которых находятся в возбужденном состоянии, излучают световые волны, энергия которых определенным образом распределена по длинам волн. Поглощение света веществом также зависит от длины волны. Так, красное стекло пропускает волны, соответствующие красному свету ( 8 10 –5 см), и поглощает все остальные. Если пропускать белый свет сквозь холодный, неизлучающий газ, то на фоне непрерывного спектра источника появляются темные линии. Газ поглощает наиболее интенсивно свет как раз тех длин волн, которые он испускает в сильно нагретом состоянии. Темные линии на фоне непрерывного спектра это линии поглощения, образующие в совокупности спектр поглощения. Вернуться к оглавлению

61 Исторические сведения Исторически раньше всех прочих спектров было начато исследование оптических спектров. Первым был Исаак Ньютон, который в своем труде «Оптика», вышедшем в 1704 г. опубликовал результаты своих опытов разложения с помощью призмы белого света на отдельные компоненты различной цветности и преломляемости, т. е. получил спектры солнечного излучения, и объяснил их природу, показав, что цвет есть собственное свойство света, а не вносятся призмой, как утверждал Роджер Бэкон в XIII столетии. В ходе своих опытов по интерференции света (кольца Ньютона) он также создал первую спектральную таблицу границ между цветами солнечного света, определив соответствующие длины волн. Фактически, Ньютон заложил основы оптической спектроскопии: в «Оптике» он описал все три используемых поныне метода разложения света преломление, интерференцию и дифракцию, а его призма с коллиматором, щелью и линзой была первым спектроскопом. Вернуться к оглавлению

62 Фрагмент рукописи «Оптики» Ньютона с описанием одного из экспериментов с призмой.

63 Спектральные методы исследований В 1854 г. Кирхгоф и Бунзен начали изучать спектры пламени, окрашенного парами метал- лических солей, и в результате ими были заложены основы спектрального анализа, первого из инструментальных спектральных методов одних из самых мощных методов экспериментальной науки. Фактически, спектральный анализ открыл новую эпоху в развитии науки исследование спектров как наблюдаемых наборов значений функции состояния объекта или системы оказалось чрезвычайно плодотворным и, в конечном итоге, привело к появлению квантовой механики: Планк пришёл к идее кванта в процессе работы над теорией спектра абсолютно чёрного тела. В 1910 г. были получены первые неэлектромагнитные спектры: Дж. Дж. Томсон получил первые масс-спектры, а затем в 1919 г. Астон построил первый масс-спектрометр. Спектроскоп Кирхгоффа-Бунзена, Annalen der Physik und der Chemie (Poggendorff), Vol. 110 (1860). Оптический линейчатый эмиссионный спектр азота

64 Спектральный анализ Главное свойство линейчатых спектров состоит в том, что длины волн (или частоты) линейчатого спектра какого-либо вещества зависят только от свойств атомов этого вещества, но совершенно не зависят от способа возбуждения свечения атомов. Атомы любого химического элемента дают спектр, не похожий на спектры всех других элементов: они способны излучать строгоопределенный набор длин волн. На этом основан спектральный анализ метод определения химического состава вещества по его спектру. Благодаря индивидуальности спектров имеется возможность определить химический состав тела. С помощью спектрального анализа можно обнаружить данный элемент в составе сложного вещества, если даже его масса не превышает 10 –10 г. Это очень чувствительный метод.

65 Именно с помощью спектрального анализа узнали химический состав Солнца и звезд. Другие методы анализа здесь вообще невозможны. Благодаря сравнительной простоте и универсальности спектральный анализ является основным методом контроля состава вещества в металлургии, машиностроении, атомной индустрии. С помощью спектрального анализа определяют химический состав руд и минералов. Спектральный анализ можно производить не только по спектрам испускания, но и по спектрам поглощения. В астрофизике под спектральным анализом понимают не только определение химического состава звезд, газовых облаков и т. д., но и нахождение по спектрам многих других физических характеристик этих объектов: температуры, давления, скорости движения, магнитной индукции. Вернуться к оглавлению

66 Изобретение телескопа

67 История создания телескопа Итальянские мастера XIII в. были известны во всем мире как искусные шлифовальщики и поли- ровщики. В процессе своей рабо- ты они сталкивались с необходи- мостью подносить изделия своего труда близко к глазу (например, с целью контроля качества обра- ботки поверхности материала). Поэтому изобретение ими очко- вых линз являлось вполне есте- ственным: они облегчали их рабо- ту, давали возможность рассмат- ривать даже мелкие детали изготовляемых ими изделий. Одно из первых иконографических изображений очков. (С фрески в Тревизе, 1352 г., художника Томазо да Модена).

68 Первые упоминания о телескопе встречаются у английского средневекового ученого Роджера Бэкона ( ). Он был хорошо знаком с достижениями арабской оптики и, в частности, с работами Альхазена. Бэкон был также ученым, провозгласившим совершенно новые принципы научного знания. Он гениально предвидит будущие успехи экспериментальной науки. Можно предположить, что Бэкону были известны некоторые конструкции зрительных труб: «Таким образом, пишет он, увеличивая зрительный угол, мы будем в состоянии читать мельчайшие буквы с огромных расстояний и считать песчинки на земле, так как видимая величина обуславливается не расстоянием, а зрительным углом. Мальчик может казаться великаном, а взрослый горой». Мысли Р. Бэкона настолько опережали свою эпоху, что они не отразились на ходе развития современной ему науки, и впоследствии были преданы забвению.

69 Идеи создания телескопических систем встречаются далее в манускриптах Леонардо да Винчи. Камера и глаз предметы многочисленных размышлений и опытов Леонардо. В его рукописях немало графических построений хода лучей в линзах, дается экспериментальный метод определения аберраций. Леонардо бесспорный зачинатель фотометрии как точной измерительной науки. Перу Леонардо принадлежат рисунки станков для полировки вогнутых зеркал, он подробно рассматривает технологический процесс производства очковых линз. Леонардо первым делает попытку переноса естественнонаучного знания в прикладную область. Однако несмотря на то, что Леонардо является прямым предшественником Галилея и Кеплера, с чувством сожаления приходится констатировать тот факт, что идеи, описанные Леонардо в его манускриптах, не были поняты и реализованы его современниками. Была ли создана Леонардо реальная конструкция зрительной трубы, так и остается неизвестным.

70 Однолинзовый телескоп. Рисунок Леонардо да Винчи.

71 Страница из кодекса F, лист 25, с описанием телескопа Леонардо.

72 В Государственном архиве в Гааге в 20-х годах XIX в. Ван Свинденом был найден Акт Генеральных Штатов Соединенной Бельгии от 1608 г. из которого следует, что Иоганн Липперсгей 2 октября 1608 г. представил Генеральным Штатам «Инструмент для видения на расстоянии». Таким образом, последний документ дает все основания утверждать, что Липперсгей изобрел сначала монокулярную, а затем не позднее сентября 1608 г., и бинокулярную зрительную трубу. Тот факт, что Липперсгею было отказано в привилегии на изготовление зрительных труб, свидетельствует о том, что уже в 1608 г. зрительные трубы изготовлялись «многими», как сказано в Акте, мастерами. Также из документов следует, что одновременно с Липперсгеем и независимо от него, не позднее 1608 г. Якоб Метциус изобрел зрительную трубу.

73 Весть об изобретении и существовании зрительной трубы дошла до Галилео Галилея. В вышедшем в 1610 г. «Звездном вестнике» Галилей писал: «Я обратился к изысканию оснований и средств для изобретения сходного органа. Вскоре после сего, опираясь на учение о преломлениях, я постиг дело и сначала изготовил свинцовую трубу, на концах коей я поместил два очковых стекла, оба плоских с одной стороны, с другой стороны одно стекло было выпукло-сферическим, другое же вогнутым. Помещая за сим глаз у вогнутого стекла, я видел предметы достаточно большими и близкими, именно они казались в три раза ближе и в десять раз больше, чем при рассматривании естественным глазом. После сего я разработал более точную трубу, которая представляла предметы увеличенными больше чем в шестьдесят раз. За сим, не жалея никакого труда и никаких средств, я достиг того, что построил себе орган, настолько превосходный, что вещи казались через него при взгляде почти в тысячу раз крупнее и более чем в тридцать раз приближенными, чем при рассматривании с помощью естественных способностей».

74 Галилео Галилей ( )

75 Таким образом, Галилей создал зрительную трубу на научной основе, опираясь на те знания, которые были накоплены в оптике к этому времени. Здесь уже появляется связь между наукой и практикой. Галилей создал телескопическую систему из двух линз: одной выпуклой и одной вогнутой. Галилей демонстрирует свой телескоп итальянскому Дожу.

76 Галилей передает в полном соответствии с действитель- ностью, с какой неслыханной быстротой он сумел по одному намеку найти схему трубы, усовершенствовать ее, доведя увеличение до очень больших размеров, и без промедления реализовать основные приме- нения ее. Эти черты открытия Галилея и делают его несравнимым по значению с открытиями Леонардо и де ля Порта, прошедшими незаме- ченными не только для современников, но и, по сути дела, для самих авторов. Первые зрительные трубы Галилея. В центре фигурной подставки, поддерживающей трубы, расположен разбитый объектив третьей трубы, изготовленной Галилеем в 1609 г.

77 Две зрительные трубы Галилея и разбитый объектив третьей трубы хранятся в настоящее время в музее истории науки во Флоренции. Из астрономических наблюдений, проведенных в мае 1923 г. с помощью этих зрительных труб, следует, что первая из них имела разрешающую способность 20" и поле зрения 15', а вторая соответственно 10" и 15'. Полученные результаты измерений оптических характеристик всех линз зрительных труб Галилея сведены в таблицы 1 и 2. Увеличение первой трубы было 14, а второй 19,5 крат. Третья зрительная труба, от которой сохранился только разбитый объектив, при применении окуляров от первой и второй зрительных труб имела бы соответственно увеличение 17,8 и 34,6 крат.

78 Оптические данные зрительных труб Галилея Габаритные характеристики объектов (все величины указаны в см) ƒr1r1 r2r2 nDdS Объектив 1 Окуляр 1 Объектив 2 Окуляр 2 Разбитая линза 132,7 –9,52 95,6 –4,88 168,9 99,5 53,5 5,15 94,16 346,5 4, ,0 5, ,3 1,580 1,509 1,550 1,527 1,523 5,1 2,6 3,7 1,7 5,8 2,6 1,1 1,6 2,2 3,8 0,25 0,30 0,20 0,18 0,40 ƒ фокусное расстояние; r радиусы кривизны линз; n показатель преломления; D общий диаметр линзы; d диаметр диафрагмы; S толщина линзы в середине; (данные приведены для средней зоны и λ = 5500 Å).

79 λ, ÅОбъектив 2 Объектив ,4 131,7 132,7 133,3 133,7 133,9 93,8 95,0 95,6 96,2 96,5 96,9 166,3 167,8 168,9 169,7 170,2 170,5 Величины хроматических аберраций

80 Начиная с 1609 г. кустарная техника изготовления очков и техника точного изготовления линз обособляются. Точная оптика входит в науку как новое средство познания мира и становится предметом изучения для самых выдающихся деятелей XVII в. Галилей усовершенствовал технологию изготовления линз до такой степени, какой она никогда до него не достигала. Это позволило ему изготовить зрительную трубу тридцатикратного увеличения.

81 Осенью 1609 г. Галилей направил созданную им зрительную трубу на небо и сделал первые телескопические наблюдения, открывшие новую и неожиданную картину мира, удаленность звезд, сложность Млечного Пути, солнечные пятна, вращение Солнца, строение лунной поверхности. Научная деятельность Галилея и его личный научный героизм имели огромное значение для победы гелиоцентрической системы мира. Заинтересовавшись открытиями Галилея, Кеплер в 1610 г. вновь возвращается к рассмотрению оптических вопросов. Уже через несколько дней после окончания работы над «Разговором со звездным вестником», у него созрел проект создания принципиально новой зрительной трубы, состоящей из двух двояковыпуклых линз, получившей впоследствии его имя.

82 Зрительная труба, изготовленная в 1613 г. по схеме И. Кеплера.

83 Зрительная труба Кеплера давала возможность получить в фокальной плоскости действительное изображение наблюдаемого объекта. Это позволяло использовать трубу в качестве визирного приспособления: для сравнения изображения далекого объекта с другим «эталонным» объектом, расположенным в фокальной плоскости трубы, а это в свою очередь открывало возможность применения окулярного микрометра, который был изобретен англичанином Вильямом Гаскойном в 1638 г. Последнее значительно расширило возможности телескопа, превратив его из инструмента наблюдательного в инструмент измерительный.

84 Окулярный микрометр В. Гаскойна (1640 г.).

85 Однако сам Кеплер практической конструкцией своей трубы не занимался. Для этого у него не было ни средств, ни специалистов, которые могли бы ему помочь в сооружении этого инструмента. Первым, кто воплотил идею Кеплера в жизнь был К. Шейнер. Таким образом, К. Шейнер, вероятнее всего не позднее 1613 г., сконструировал свой телескоп по схеме Кеплера, который он использовал для демонстрации солнечных пятен, вследствие чего он назвал свой прибор гелиоскопом. Гелиоскоп Кристофера Шейнера (1613 г.).

86 Шейнером была также впервые построена конструкция трехлинзового телескопа, так называемой земной трубы, дающей прямое изображение. Фрагмент картины Жана Кругеля (1617 г.) с изображением телескопа. Музей Прадо, Мадрид.

87 Появление и развитие телескопических систем в XVII в. вызвало подлинную революцию как в оптике, так и в астрономии. Собственно именно благодаря широкому практическому использованию телескопических систем родилась техническая оптика как наука, а в астрономии появились новые приборы (телескопы, гелиоскопы и др.), дающие возможность, с одной стороны, более глубоко изучать Вселенную, а с другой, способствующие дальнейшему прогрессу в развитии технической оптики. Вернуться к оглавлению

88 Атмосферная оптика

89 Радуга Радуга хорошо известное опти- ческое явление в атмосфере; наблюда- ется, когда солнце освещает пелену падающего дождя и наблюдатель нахо- дится между солнцем и дождём. Явле- ние это представляется в виде одной, реже двух концентрических светлых дуг, рисующихся на небосводе со сторо- ны падающего дождя и окрашенных концентрически в ряд «радужных» цветов. Вернуться к оглавлению

90 Причина радуги преломление света. Радуга возникает из-за того, что солнечный свет испытывает преломление в капельках воды, взвешенных в воздухе. Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов, в результате чего белый свет разлагается в спектр. Наблюдателю кажется, что из пространства по концентрическому кругу (дуге) исходит разноцветное свечение (при этом источник яркого света всегда находится за спиной наблюдателя). Преломление света при его переходе в среду с иной оптической плотностью

91 В яркую лунную ночь можно увидеть радугу от Луны. Поскольку человеческое зрение устроено так, что при слабом освещении наиболее чувствительные рецепторы глаза «палочки» не воспринимает цвета, лунная радуга выглядит белесой; чем ярче свет, тем больше цветов у радуги (в её восприятие включаются цветовые рецепторы «колбочки»). Центр окружности, которую описывает радуга, всегда лежит на прямой, проходящей через Солнце (Луну) и глаз наблюдателя, то есть одновременно видеть солнце и радугу без использования зеркал невозможно. Для наблюдателя на земле она обычно выглядит, как часть окружности, чем он выше, тем радуга полнее с горы или самолёта можно увидать и целую окружность. Вернуться к оглавлению

92 Физика радуги. Ход лучей в сферической капле, образование первичной радуги Радуга представляет собой каустику возникающую из-за преломления и отражения плоскопараллельного пучка света на сферической капле. Как показано на рисунке (для монохромного пучка), отражённый свет имеет максимальную интенсивность для некоторого угла между источником, каплей и наблюдателем. Показатель преломления воды для более длинноволнового (красного) света меньше, чем для коротковолнового (фиолетового), поэтому красный свет меньше отклоняется при преломлении.

93 Схема образования радуги: 1) сферическая капля, 2) внутреннее отражение, 3) первичная радуга, 4) преломление, 5) вторичная радуга, 6) входящий луч света, 7) ход лучей при формировании первичной радуги, 8) ход лучей при формировании вторичной радуги, 9) наблюдатель, 10 12) область формирования радуги. Чаще всего наблюдается первичная радуга, при которой свет претерпевает одно внутреннее отражение. Ход лучей показан на рисунке справа вверху. В первичной радуге красный цвет находится снаружи дуги, её угловой радиус составляет 4042°.

94 Вторичная радуга Иногда можно увидеть ещё одну, менее яркую радугу вокруг первой. Это вторичная радуга, в которой свет отражается в капле два раза. Во вторичной радуге «перевёрнутый» порядок цветов снаружи находится фиолетовый, а внутри красный. Угловой радиус вторичной радуги 5053°. Радуга в водяной пыли от водопада Takakkaw Falls, Канада В горах и других местах, где очень чистый воздух, можно наблюдать третью радугу (угловой радиус порядка 60°). Вернуться к оглавлению

95 История исследования Общая физическая картина радуги была описана в 1611 году Марком Антонием де Доминисом в книге «De radiis visus et lucis in vitris perspectivis et iride». На основании опытных наблюдений он пришел к заключению, что радуга получается в результате отражения от внутренней поверхности капли дождя и двукратного преломления при входе в каплю и при выходе из нее. Рене Декарт дал более полное объяснение радуги в 1635 году в своем труде «Метеоры» в главе «О радуге». Двойная радуга в ландшафте, картина Питера Рубенса

96 Хотя многоцветный спектр радуги непре- рывен, по традиции в нем выделяют 7 цветов. Считают, что первым выбрал число «7» Исаак Ньютон, для которого число 7 имело специ- альное символическое значение (по пифаго- рейским, богословским или нумерологическим соображениям). Для запоминания их последо- вательности есть мнемонические фразы, первые буквы каждого слова в которых соответствуют первым буквам названия цвета (глядя сверху вниз по радуге, снаружи внутрь дуги: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый). Традиция выделять в радуге 7 цветов не всемирная, у болгар в радуге 6 цветов. Вернуться к оглавлению Как однажды Жак-звонарь головой сломал фонарь. Каждый охотник желает знать, где сидит фазан.

97 Необычные радуги Кольцевая радуга 10 июля 2005

98

99 Вернуться к оглавлению

100 Гало Это метеорологическое явление, когда солнце окружено большим светящимся кругом, туманным и, возможно, слегка окрашенным с краев. Иногда виден и еще один круг, размером почти в полнеба. Изучая появления на небо гало, ученые уже давно заметили, что они бывают тогда, когда Солнце затянуто белой, блестящей дымкой тонкой пеленой высоких перистых облаков. Такие облака плавают на высоте 6–8 километров над землей и состоят из мельчайших кристалликов льда, которые имеют чаще всего форму шестигранных столбиков или пластинок. Поднимаясь и опускаясь в потоках воздуха, ледяные кристаллики, подобно зеркалу, отражают или, подобно призме, преломляют падающие на них солнечные лучи. При этом от некоторых кристалликов отраженные лучи могут попадать в наши глаза. Тогда мы и наблюдаем различные формы гало.

101 Как правило, гало возникают как круги радиусом 22 0 или 46°, центры которых совпадают с центром солнечного (или лунного) диска. Круги слабо окрашены в радужные цвета (красный внутри). Кроме основных форм гало наблюдаются ложные солнца - слегка окрашенные светлые пятна на одном уровне с Солнцем и на угловом расстоянии от него также 22° или 46°. К основным кругам присоединяются иногда различные касательные дуги к ним. Наблюдаются еще неокрашенные вертикальные столбы, проходящие через солнечный диск, т.е. как бы продолжающие его вверх и вниз, а также неокрашенный горизонтальный круг на одном уровне с Солнцем. Окрашенные гало объясняются преломлением света в шестигранных призматических кристаллах ледяных облаков, неокрашенные (бесцветные) формы - отражением света от граней кристаллов. Разнообразие форм гало зависит в основном от типов и движения кристаллов, от ориентации их осей в пространстве, а также от высоты Солнца.

102 Гало возникает в наших широтах довольно часто. Например, по статистике, в Москве и Санкт- Петербурге в среднем, раз в три дня. Но, так как это явление не столь ярко и впечатляюще, на него редко обращают внимание. Ночью иногда наблюдается и гало вокруг Луны. Вернуться к оглавлению

103 Мираж Мираж (фр. mirage) оптическое явление в атмосфере: отражение све- та границей между резко разными по теплоте слоями воздуха. Для наблюдателя такое отражение заключа- ется в том, что вместе с отдалённым объектом (или участком неба) видно его мнимое изображение, сме- щенное относительно пред- мета. Схема возникновения миражей

104 Миражи различают на нижние, видимые под объектом, верхние, над объектом, и боковые. Верхний мираж наблюдается над холодной земной поверхностью при инверсионном распределении температуры (росте её с высотой), нижний мираж при очень большом вертикальном градиенте температуры (падении её с высотой) над перегретой ровной поверхностью, часто пустыней или асфальтированной дорогой. Мираж (зеркальная гладь воды) в Аравийской пустыне. Мнимое изображение неба создаёт при этом иллюзию воды на поверхности. Так, уходящая вдаль дорога в жаркий летний день кажется мокрой. Боковой мираж иногда наблюдается у сильно нагретых стен или скал. Сложные явления миража с резким искажением вида предметов носят название Фата-моргана. Вернуться к оглавлению

105 Фата-моргана Фата-моргана (итал. fata Morgana фея Моргана, по преданию, живущая на морском дне и обманывающая путешественников призрачными видениями) редко встреча- ющееся сложное оптическое явление в атмосфере, состоящее из нескольких форм миражей, при котором отдалённые объекты видны многократно и с разнообразными искажениями. Фата-моргана возникает в тех случаях, когда в нижних слоях атмосферы образуется (обычно вследствие разницы температур) несколько чередующихся слоев воздуха различной плотности, способных давать зеркальные отражения. В результате отражения, а также и преломления лучей, реально существующие объекты дают на горизонте или над ним по нескольку искажённых изображений, частично налагающихся друг на друга и быстро меняющихся во времени, что и создаёт причудливую картину фата-морганы.

106 Вернуться к оглавлению

107 Заря Заря совокупность красочных световых явлений в атмосфере, сопровождающих заход и восход Солнца. Заря обусловлена сложным сочетанием явлений поглощения, рассеяния, дифракции и преломления лучей света в различных слоях атмосферы. Интенсивность красок зари зависит от содержания в воздухе пыли и влаги; в более чистом воздухе зори бледные, а в запыленном интенсивных красных тонов.

108

109 Вернуться к оглавлению

110 Сумерки Сумерки оптическое явление: - наблюдаемое в атмосфере перед восходом и после заката солнца; - состоящее в плавном переходе от ночного мрака к дневному свету и обратно. Сумерки вызываются тем, что солнечные лучи освещают высокие слои земной атмосферы, тогда как на уровне земной поверхности солнце еще не взошло или уже зашло. Продолжительность сумерек зависит от географической широты места и от склонения солнца. Различают гражданские, навигационные и астрономические сумерки. © Аня З.

111 Вернуться к оглавлению

112 Полярное сияние Полярное сияние оптическое явление в верхних слоях атмосферы (ионосфере), выража- ющееся в свечении (люминесценции) разрежен- ного воздуха на высоте от 60 до 1000 км. Полярные сияния наблюдаются преимуще- ственно в высоких широтах обоих полушарий. Полярное сияние проявляется в виде общего быстро меняющегося свечения неба или движущихся лучей, полос, корон, «занавесей». Полярное сияние возникает при проникно- вении в нижнюю ионосферу заряженных частиц высокой энергии из верхней ионосферы при быстрых колебаниях интенсивности земного магнитного поля. Длительность полярных сияний составляет от десятков минут до нескольких суток.

113

114

115 Вернуться к оглавлению

116 Голография Одним из применений когерентности волн оптического диапазона спектра является голог- рафия способ фиксации (записи) и восстановления (считы- вании) полной структуры поля излучения, т. е. пространственного распределения амплитуды и фазы колебаний. Термин «голография» может быть переведен как «полная запись» (от греческого holos полный и grapho пишу, фиксирую). Вернуться к оглавлению

117 Глория Глория (от лат. gloria украшение; ореол), оптическое явление в атмосфере; представляет собой цветные кольца вокруг тени наблюдателя (или предмета, находящегося около него), которая падает на облако или слой тумана. Глория часто наблюдается в горах (где облака расположены ниже наблюдателя) или при полётах над облаками. Цвета в Глория расположены так, что внутри находится голубоватое кольцо, снаружи красное. Объясняется дифракцией света; точная теория явления не разработана. Вернуться к оглавлению

118 Зелёный луч Зелёный луч (англ. Green Flash) редкое оптическое явление, вспышка зелёного света в момент исчезновения солнечного диска под горизонтом (обычно морским) или появления его из-за горизонта. Для наблюдения зелёного луча необходимы три условия: открытый горизонт (в степи или на море в отсутствие волнения), чистый воздух и свободная от облаков сторона горизонта, где происходит заход или восход Солнца. Явление объясняется тем, что вследствие рефракции последними видимыми солнечными лучами в атмосфере Земли оказываются зеленые и голубые участки спектра, для которых эффект рефракции сильнее.

119 Схема преломления солнечного луча. Солнечный луч в атмосфере Земли испытывает рефракцию преломляется, как в стеклянной призме.

120 Вспышка зеленого луча в виде горизонтально вытянутой области свечения происходит сразу после захода Солнца, отличается высокой яркостью и характерным изумрудно-зеленым цветом. Явление обладает длительностью более 2–3 секунд, доходя до 10 секунд. Обычно оно наблюдается с палубы корабля над морским горизонтом, но его наблюдают и с суши, даже в горах. Зная заранее момент и азимут восхода Солнца, изумительную вспышку изумрудного цвета удается увидеть не только после захода, но и перед самым восходом Солнца. Вернуться к оглавлению

121 Серебристые облака Серебристые облака (также известны как мезосферные облака) редкие атмосферные явления, подобные облакам, видимые в глубоких сумерках. Они обычно наблюдаются в летние месяцы в широтах между 50° и 60° (северной и южной широты). Выделены, как самостоятельное явление В. К. Цераским. Это самые высокие облака в атмосфере Земли; образуются в мезосфере на высоте около 85 км, и видны только тогда, когда освещены солнцем из-за горизонта, в то время как более низкие слои атмосферы находятся в земной тени; днем они не видны. При этом их оптическая плотность настолько ничтожна, что через них зачастую проглядывают звезды.

122 Серебристые облака полностью не изучены. Было такое предположение, что они состоят из вулканической или метеорной пыли, но они, как известно по данным со спутника UARS, состоят в основном из водяного льда. Это сравнительно молодое явление впервые о них сообщается в 1885, вскоре после извержения Кракатау, и было предположение, что они могут быть связаны с изменением климата. В 1978 году было также озвучено предположение, что серебристые облака представляют из себя оптический эффект, по природе подобный миражам. Примечательно, что серебристые облака являются одним из основных источников информации о движении воздушных масс в верхних слоях атмосферы. Вернуться к оглавлению

123 Перламутровые облака Перламутровые облака, тонкие, просвечивающие облака, расположенные на больших высотах (около 22–30 км). Наблюдаются сравни- тельно редко, обычно на широтах 55–60° непосредст- венно после захода или перед восходом Солнца (днём на фоне рассеянного света они становятся невидимыми). Вернуться к оглавлению

124 Источники Артамонов И. Д., Иллюзии зрения, М., Билимович Б. Ф., Световые явления вокруг нас. М., Борбат О. М., Интересное об оптике, Киев, Булат В. Л., Оптические явления в природе, М.,