4 Zrakové klamy Při vnímání prostorových vlastností předmětů mohou vznikat zrakové neboli optické klamy, zvané též iluze. Od doby objevu zrakových klamů, které pocházejí z druhé poloviny 18. století, se hledají jejich příčiny. Bylo podáno množství vysvětlení, které se v podstatě shodují v třech bodech: 1. Nejsou klamány představy, nýbrž vnímání. I když o klamu víme, dojem se nezmění. 2. Procesy v sítnici nejsou odpovědné za klamy. Ty zřejmě vznikají až tehdy, když je vizuální podnět zpracováván v postranních kolínkatých tělíscích (corpus geniculatum laterale). 3. Pohyby očí se nepodílejí na výskytu klamů. Skutečnost, která nás obklopuje, má tři dimenze, a my se ji pokoušíme zobrazovat dvojrozměrně. Mnoho optických klamů zmizí, jakmile je předsadíme do trojrozměrné scény. 4.1 Rozdělení zrakových klamů Mnohé optické klamy se vysvětlují tzv. centrací, což znamená, že vnímání je soustředěno na jednu část zorného pole, na tzv. figuru. Ostatní vnímáme nejasně, nepřesně - to je tzv. pozadí. Figura se ovšem za určitých okolností může stát pozadím a naopak. Jiným klamem je tzv. fí-fenomen Maxe Wertheimera (1880-1943). Podněty vyskytující se současně nebo objevující se rychle po sobě nejsou vnímány jako elementy vedle sebe, ale jako tvar (Gestalt), tj. celek, ve kterém na sebe jednotlivé elementy vzájemně působí, a který se nedá redukovat na součet částí. Zrakové klamy lze roztřídit podle příčiny nesouhlasu. Je-li těchto příčin nesouhlasu více, zařazuje se klam podle příčiny vzniku, které se přisuzuje větší význam. Pokud je příčina vzniku jediná, lze zrakové klamy rozdělit na fyziologické, geometrické a psychologické. 4.1.1 Fyziologické zrakové klamy Tyto klamy souvisejí s iradiací, tzn.že světlá plocha na tmavém pozadí se zdá být větší než tmavá plocha na světlém pozadí (viz obr. 4.1.1.1 ) a kontrastem (šedá plocha na 24
světlejším pozadí má jinou světlost, tj. propouští nebo rozptylně odráží větší či menší část dopadajícího světla obr. 4.1.1.2). Obr. 4.1.1.1 Světlá plocha na tmavém pozadí se zdá být větší než tmavá plocha na světlém pozadí [17] Obr. 4.1.1.2 Mají všechny elipsy stejnou barvu? [11] Do této skupiny lze zařadit tzv. Kaniszův trojúhelník (obr. 4.1.1.3). Vnímáme bílý rovnostranný trojúhelník, ač na obrázku není přímo narýsován - je pouze naznačen přerušením tmavých ploch a čar. Obr. 4.1.1.3 Kaniszův trojúhelník [17] 25
Další často popisovaný jev, je tzv. křižovatkový klam (viz obr. 4.1.1.4). Pozorujeme-li černé čtverce vzájemně oddělené bílými cestami, máme vjem zřetelných šedých skvrn, které se vznikají v průsečících ( křižovatkách ) těchto cest. Fixujeme-li na určitou křižovatku zrak, skvrna zmizí. Analogicky je tomu na průsečících tmavých proužků vymezujících bílé čtverce. Tyto jevy souvisejí s následnými obrazy (paobrazy) - ty vnímáme jako projev aktivity sítnice, přestože její podráždění již skončilo. Obr. 4.1.1.4 Hermannova mřížka [14] Paobrazy vznikají po delším působení zrakového podnětu na receptor (např. svítící žárovka se jeví jako tmavá). Jedná se o stopu zrakového vjemu v negativní podobě, která trvá několik vteřin. Příklad paobrazu je uveden na obr. 4.1.1.5. Fixujte obrazec asi půl minuty a následně upřete svůj zrak na bílou nebo šedivou plochu. Objeví se obrazec v doplňujících barvách. Tento bezprostřední následný účinek optického podnětu nazýváme negativní paobraz (objevuje se v komplementárních barvách přijatého podnětu). Co bylo černé, vidíme jako bílé, a naopak. Obr. 4.1.1.5 Paobraz [11] 26
Na hradech a zámcích se často objevuje záhadný portrét - podobizna se stále dívá na nás, ať se nacházíme kdekoliv. Navíc na nás stále míří prstem. Vysvětlení spočívá ve správně nakreslené duhovce oka. Je nakreslena uprostřed oka a právě tak vidíme člověka, který se dívá přímo na nás. Odejdeme-li na jiné místo, poloha duhovky se nemění a nám se proto zdá, že se portrét dívá stále na nás. Vysvětlení nataženého prstu je analogické. Složitější zrakové klamy souvisejí s barevným kontrastem (simultánním nebo následným). Tyto jevy lze aplikovat při zkouškách barvocitu. Vhodným barevným kontrastem se v malířství, grafice a fotografii dosahuje zvláštních efektů. Uplatňuje se i psychologické působení barevných světel. Červené, oranžové a žluté působí teple, modré světlo a odstíny, v němž modré světlo převažuje, vyvolávají pocit chladu. Světlé tóny působí vesele, tmavé těžkopádně. Červené (a v menší míře i oranžové a žluté) vyvolávají dojem, jako by vystupovaly kupředu (z obrazu ven), modrá naopak, jako když ustupuje do pozadí (na tomto vjemu se podílí i barevná vada oka). Žlutá působí odstředivě, tj. budí dojem, že překračuje hranice plochy, kterou zaujímá, modrá dostředivě, tj. zdánlivě se vztahuje od obvodu ke středu. 4.1.2 Geometrické zrakové klamy Mezi geometrické zrakové klamy patří zdánlivá zkreslení, při kterých oko vnímá stejné velikosti a úhly jako různé. Často nás takový obrázek nutí vidět perspektivu tam, kde ve skutečnosti není, a podvědomá korekce velikosti zvětší "vzdálenější" části obrázku (obr. 4.1.2.1-9). Do této kategorie lze také zařadit Amesův pokoj - klam pracující s živými lidmi v reálném pokoji. Všechny níže zobrazené figury se skládají ze dvou komponent. Z komponenty, o níž máme mylnou představu (testová komponenta), a z komponenty, která klam vyvolává (vyvolávající komponenta). Jako délkovou komponentu označujme jev, kdy linie, jejichž obrazy se objevují na sítnici jako různě dlouhé, nevnímá mozek v délce, jež mají na obraze, ale v délce, které mají skutečně v trojrozměrném prostoru. 27
Obr. 4.1.2.1 Müller-Lyerova figura velikosti úseček, které omezují šipky, jsou stejné. V důsledku různé orientace šipek ale vzniká dojem jejich nestejné délky [17] Obr. 4.1.2.2 Ponzova figura - horní vodorovná linie se zdá být delší než spodní [17] Obr. 4.1.2.3 Poggendorffova figura [17] Krátké šikmé linie leží na jedné přímce a nejsou, jak se zdá, vůči sobě výškově posunuty. Tento klam a jeho potlačení výrazně demonstrují vliv životní zkušenosti, která je nedílnou složkou vnímání a interpretace obrazových informací a jejich vjemů. 28
Obr. 4.1.2.4 Delboeufova figura [17] Na tomto klamu je znázorněna relativita zrakových vjemů a zároveň značně omezená schopnost pamatovat si a správně interpretovat znalost absolutní velikosti předmětů. Střední kružnice v obou částech obrázku jsou totožné. Ve srovnání s kružnicemi odlišných poloměrů, jimiž jsou obklopeny, se jeví jako různě velké. Obr. 4.1.2.5 Zöllnerovy figury [17] Obr. 4.1.2.6 Sanderova figura úsečka a se zdá být delší než úsečka b, ve skutečnosti jsou obě stejně dlouhé [17] Obr. 4.1.2.7 Ehrensteinova iluze strany čtverce, který je umístěn mezi soustředné kružnice, vnímáme jako mírně prohnuté [17] 29
Obr. 4.1.2.8 Úhlové iluze úsečky nebo úhly umístěné do větších úhlů s zdají být větší [17] Obr. 4.1.2.9 Heringova iluze horizontální linie jsou obě rovné. Obrazec v pozadí vytváří mylnou představu hloubky. [17] Přechod mezi klamy geometrickými a psychologickými tvoří klamy perspektivní. V podstatě se jedná o pozorování soustav čar, které ohraničují rovinné útvary, a o jejich výklad, při němž dochází ke konfrontaci s životní zkušeností. Chápeme-li soustavu úseček se společným úběžníkem jako perspektivní zobrazení prostoru (a zkušeností máme takový výklad zafixovaný), jeví se nám vzdálenější postava na obr. 4.1.2.10 větší, ač jsou ve skutečnosti stejně velké. Obr. 4.1.2.10 [11] 30
Do této kategorie klamů můžeme také zařadit pohybové optické klamy, které nás matou zdánlivými pohyby stojících objektů. V případě, že kýveme hlavou dopředu a dozadu a sledujeme při tom černou tečku uprostřed, jak je tomu např. u Loukoťového kola (obr. 4.1.2.11), máme pocit, že jsou obě kola v pohybu. Jiné příklady těchto klamů nacházíme v dílech tvůrců op-artu, o kterých bude ještě pojednáno v kapitole 4.4. Obr. 4.1.2.11 Loukoťové kolo [11] 4.1.3 Psychologické zrakové klamy Psychologické klamy se převážně uplatňují při pozorování rovinných předloh, které svou konfigurací mají vyjadřovat průmět trojrozměrného tělesa a jimž tuto prostorovou povahu vědomě či mimovolně přisuzujeme. Jedná se o skupinu klamů, k nimž patří rozhodování označovaná jako obrazová inverze. Vznikají vždy, když kresba připouští různý výklad prostoru. Klasickým obrazcem je Schröderovo schodiště (obr. 4.1.3.1), které se může jevit jako schodiště pozorované shora nebo zdola, výklenek nebo papír poskládaný do harmoniky Obr. 4.1.3.1 Schröderovo schodiště [17] 31
Rozlišujme mezi inverzními figurami, v nichž obě řešení představují pokaždé samostatné obrázky (obr. 4.1.3.2, 4.1.3.3), a takovými, které ukazují dva rozdílné náhledy prostorově nakreslených předmětů (obr. 4.1.3.4). Obr. 4.1.3.2 Dívka nebo stařena? [14] Obr. 4.1.3.3 Kachna nebo zajíc? [14] Obr. 4.1.3.4 Neckerovy kostky [17] Zajímavé psychologické klamy jsou kresby, které se snažíme interpretovat jako trojrozměrné předměty a přitom zjišťujeme, že takové předměty nemohou existovat. Takovou nereálnou figurou je např. Tribar uveřejněný Penrosem v roce 1958 (obr. 4.1.3.5), kde mezi normálními prvky jsou nesprávná spojení. Eschera inspiroval Tribar k litografii Vodopád 32
(obr. 4.1.3.8), který vzniká spojením tří tribarů. Po nekonečném schodišti na obr. 4.1.3.6 lze stále stoupat či klesat. Trojzubec na obr. 4.1.3.7 také odporuje našim zkušenostem. [3,21] Obr. 4.1.3.5 Penrose, Tribar [17] Obr. 4.1.3.6 Penrose, Nekonečné schodiště [17] Obr. 4.1.3.7 Trojzubec [17] 4.2 Optické klamy v architektuře Harmonii a vyváženost řeckých chrámů můžeme přičíst k tomu, že architekti při svém způsobu stavění brali v úvahu optické klamy. Odchylky od vertikál a horizontál teprve umožňují stavbě, aby stála rovně. Přímé stavební čáry chrámů byly nepozorovatelně zakřiveny směrem ven a sloupy na rozích úžeji sraženy k sobě. Čelně paralelní plochy byly lehce konkávně prohnuté, aby frontálně působily také paralelně. 33
Obr. 4.1.3.8 M. C. Escher, Vodopád [14] 34
Schody byly uprostřed poněkud nadzvednuty, aby nevznikl dojem prohnutí. Sloupy konvergují směrem nahoru a jeví se tak vertikální. Řecký styl byl kopírován v klasicismu, avšak účinek optických klamů nebyl brán na zřetel, proto působí klasicistní stavby méně harmonicky a vyrovnaně. Obr. 4.2.1 Parthenon, chrám bohyně Athény v Athénách (448-432 př.n.l.) 4.3 Amesův prostor Pozorujeme-li prostor, jehož půdorysem je lichoběžník, z nějakého kukátkového otvoru (K), který se nachází ve stěně (AB), pak budeme mít dojem, že vidíme pravoúhlý prostor s obdélníkovým půdorysem. Tento prostor představuje dokonalý perspektivní klam. Stěny, podlaha a strop jsou příslušně zešikmeny a deformovány, ale na sítnici pozorovatele vznikne obraz, který je identický s normálním pravoúhlým prostorem. Vždy vidíme to, co očekáváme prostor, který je nejjednodušší, nejsymetričtější a nejpravidelnější. Kdo očekává nepravidelný prostor? Nebo kdo očekává, že se muž jdoucí zleva doprava podél zadní stěny, bude stále zvětšovat? [ 2,3,11,17] Obr. 4.3.1 Amesův prostor 1 [3] 35
Obr. 4.3.1 Amesův prostor 2 [3] 4.4 Op-art (optical art) Názvem op-art je označováno optické umění, směr umění, který chce bezprostředně působit na divákův zrak a vyvolávat různé zrakové efekty. Koncem 50. let se někteří výtvarní umělci výrazně zajímali se o fenomén vnímání. Ve svých dílech dosáhli pozoruhodných optických efektů, které mají svůj původ v psychofyzických procesech. Jedná se o optické efekty založené na perspektivě, prostoru a nedokonalosti zraku. Umělci op-artu konfrontují diváka se situací, která vyžaduje jeho reakci, aby se účinek obrazu mohl plně rozvinout. Toho se pokoušejí dosáhnout optickou nestabilitou nebo motilitou. Cílem op-artu je podněcování diváka k vizuální aktivitě. Nestabilita: K nestabilitě dochází jestliže se vytvoří konstelace, které přivádějí oko do neřešitelných rozporů (inverzní obrazy). Motilita: Pohyb je zabudován do konstrukce obrazu (např. kinetické umění). Pohybové jevy se realizují vjemovými efekty, např. kmitavým účinkem nebo tím, že úzké černé a bílé 36
proužky jsou navzájem v kontrastu. Při delším pozorování se struktura obrazu začíná rozplývat, povrh se pohybuje. Objevují se barvy, formy a vzory. Vznikající negativní paobrazy (bílá na černé, černá na bílé) vytvářejí pohyb, jímž jsou patrně vyvolávány barevné jevy. Výsledné práce mohou někdy velmi nepříznivě působit na psychiku člověka, unavují oči a při delším zkoumání díla mohou způsobit bolení hlavy. Mezi nejznámější tvůrce op-artu patří Victor Vasarly, Josef Albers and M.C. Escher. Bridget Louise Riley a jiní. [13] Obr. 4.4.1 Victor Vasarly, Zebra [15] Obr. 4.4.2 B.L. Riley, Pohyb ve čtvercích [12] 37
5 Optické úkazy v atmosféře Optické úkazy v atmosféře tvoří pestrou škálu jevů, které v přírodě vždy zaujmou oko dychtivého pozorovatele. Tyto jevy v atmosféře jsou různé barevné a světelné efekty, vyvolané mimozemskými světelnými zdroji Sluncem, Měsícem a ostatními hvězdami. Mezi nejznámější patří duha, halové jevy, koróny, soumrakové jevy a mnohé další. 5.1 Duha Duhu můžeme pozorovat při končící dešťové přeháňce, kdy sluneční paprsky osvětlují dešťové kapky, v nichž se světlo láme, rozkládá a odráží. Duha opisuje část kružnice o poloměru asi 42 kolem místa, kam směřuje stín pozorovatelovy hlavy. Proto je možné duhu z rovného povrchu pozorovat, je-li Slunce níže než 42 stupňů nad obzorem. Duhový oblouk pak vystupuje tím výše, čím níže se Slunce sklání k obzoru. Pokud by tedy Slunce zářilo právě na horizontu, objevil by se na opačné straně ve vodních kapkách obraz duhy ve tvaru půlkruhu. Podobně jako po průchodu paprsku skleněným hranolem, kde se světlo při vstupu do opticky hustšího prostředí rozkládá, vidíme i v duze rozložené sluneční světlo na jednotlivé barevné složky. Od vnějšího okraje duhy směrem k vnitřnímu plynule přechází v pořadí: červená, oranžová, žlutá, zelená, modrá, indigová a fialová. Ve skutečnosti jsou však barevné přechody zcela spojité. Při intenzivnějším dešti se objevuje nad duhou druhá, méně výrazná, tzv. sekundární duha o větším poloměru (asi 51 ), v níž je sled barev opačný než u primární duhy. Tato vedlejší duha vzniká díky dvojnásobnému odrazu paprsků uvnitř kapek. Dále je patrné, že obloha se jeví znatelně světlejší uvnitř primárního duhového oblouku a pás mezi oběma duhami je naopak tmavší (obr. 5.1.1). Duhu lze spatřit nejen díky dešťovým kapkám, ale třeba i ve tříšti kapek u vodopádů či fontán, nebo jen v kapkách rosy. Mezi nezapomenutelné zážitky lze zařadit spatření duhy v noci. Tu může vyvolat měsíční svit v nočním dešti. Taková duha je slabá s nevýraznými barvami a poměrně vzácná, neboť Měsíc dostatečně svítí jen v období nedlouho kolem úplňku. 38
Obr. 5.1.1 Duha [22] 5.1.1 Jak duha vzniká Na vzniku duhy se podílí lom, rozklad, odraz a interference světla ve velkém množství vodních kapek, které obklopují pozorovatele při současném svitu Slunce resp. Měsíce. Základní objasnění vzniku duhy vychází se Snellova zákona lomu. Paprsek vstupující do opticky hustšího prostředí (např. ze vzduchu do vody) se láme směrem ke kolmici, přičemž platí, že podíl sinu úhlu dopadu a sinu úhlu lomu se rovná relativnímu indexu lomu n; tedy: Obr. 5.1.1 Paprsek vstupující ze vzduchu do vody Sluneční paprsky vstupující do kapky se odráží a lámou. Pro vysvětlení primárního duhového oblouku nás budou zajímat paprsky, které se po vstupu do kapky lámou, odrážejí na protější straně kapky a vycházejí lomem opět na straně směrem ke Slunci pod ostrým úhlem 39
vůči vstupu paprsku. Takový paprsek je vyznačen na obrázku 5.1.2 červeně, ostatní odrazy a lomy pak šedě. Obr. 5.1.2 Lom a odraz paprsku v dešťové kapce Paprsky vstupují do kapky v různých vzdálenostech od osy kapky směřující ke Slunci, a vystupující paprsky se koncentrují nejvíce kolem úhlu asi 42 (jež svírají se směrem ke Slunci), což je právě hlavní poloměr duhy. Ostatní paprsky budou vystupovat pod menšími úhly. Uvnitř kapek však dochází také k více vnitřním odrazům paprsku. Paprsky odrážející se dvakrát uvnitř kapky budou vycházet nejčastěji pod úhlem asi 51 (obr. 5.1.3) vůči vstupujícímu paprsku. Takto vzniká již ne tak výrazná tzv. sekundární duha, která se objevuje nad hlavní duhou. Obr. 5.1.3 Vznik sekundární duhy 40
Uvedený popis průběhu paprsků však neprobíhá jen v jedné rovině, ale v celé kapce zároveň a ve všech rovinách. Proto uvidíme duhu jako oblouk symetrický kolem osy, kam směřuje pozorovatelův stín vrhaný Sluncem. Protože je však sluneční světlo složeno z různých barev a paprsek každé barvy se láme pod trochu jiným úhlem, bude světlo po průchodu kapkou rozloženo v duhové spektrum (obr. 5.1.4). Záření různých barev se také bude po průchodu kapkou koncentrovat pod trochu odlišnými úhly, a proto uvidíme v duze soustředné barevné pásy. Na vzniku duhy se podílejí kapky v různých vzdálenostech od pozorovatele. Názorný přehled si lze udělat podle obrázku 5.1.5.. Obr. 5.1.4 Rozklad světla Obr. 5.1.5 Vznik duhy [22] 41
5.2 Halové jevy Halové jevy jsou optické úkazy, které se objevují na obloze kolem Slunce i Měsíce v podobě kol, oblouků a skvrn. Podmínkou pro jejich objevení je přítomnost drobných ledových krystalů v atmosféře, na nichž dochází k odrazům a lomům paprsků. Ledové krystalky se v různých formách nacházejí v jemných řasových oblacích ve výškách nad 6 km, mohou se však vyskytovat za chladu i v přízemní vrstvě ovzduší. Pro vznik halových jevů jsou důležité krystalky ve tvaru šestiboké destičky a šestibokého sloupku (obr. 5.2.1). Podle toho, zda se světlo od krystalů odráží, nebo jimi prochází a láme se, mají halové jevy vzhled buď bělavý, či s duhovým nádechem. Obr. 5.2.1Ledové krystaly [22] Existuje velké množství halových jevů. Některé jsou časté, jiné se objeví jen jednou za několik let. Nejčastěji se objevuje malé halo - světlý kruh o poloměru 22 kolem Slunce a dále tzv. vedlejší slunce (parhelia), která přiléhají po stranách z vnějšku k malému halu (obr. 5.2.2). Vedlejší slunce mají tvar světlých skvrn, často duhově zbarvených. Obvykle se ale vyskytuje jeden či dva, řidčeji i více jevů současně. Obr. 5.2.2 Malé halo a parhelia v Krkonoších [22] 42
5.3 Ohybové jevy Koróna, irizace, gloriola - tato nepříliš obvyklá pojmenování patří těm optickým jevům v atmosféře, které vznikají na kapičkách oblaků. Liší se tak od halových jevů, které za svůj původ vděčí ledovým krystalkům, jež se nacházejí ve vysoko plujících oblačných vrstvách. Koróny, irizace a nepříliš četné glorioly představují další z působivých jevů, které lze v přírodě spatřit. 5.3.1 Koróna Prosvítá-li Měsíc nebo Slunce skrze vrstvu drobných kapek obsažených v oblaku, často lze pozorovat v těsném okolí jeho kotouče soustavu soustředných barevných prstenců, jejichž jas směrem od světelného zdroje postupně slábne. Tento jev se nazývá koróna a můžeme ji pozorovat i kolem pozemských zdrojů světla. Koróna vzniká ohybem světla na drobných kapičkách vody, které jsou obsaženy v oblacích, mlze či kouřmu. Při ohybovém jevu se tvoří kolem zdroje světla soustavy prstenců barev spektra, jejichž poloměr závisí na velikosti kapiček a vlnové délce světla (červené paprsky mají delší vlnovou délku než modré paprsky - proto se maxima jednotlivých barev zobrazují v různých poloměrech kolem světelného zdroje). Pokud jsou kapičky mezi jimiž světlo prochází nestejně veliké, pak se ohybový jev slévá jen ve slabě zbarvený či bělavý kruh světla, v němž se světlo Měsíce nebo jiného světelného zdroje rozpíjí. Kruhy lze jednoduše rozeznat od halových jevů, které mají obvykle větší poloměry vyjádřené ve stupních prostorového úhlu, tj. 22º a 46º, a obrácený sled barev. Poloměr koróny dosahuje zřídka hodnot 10º. Vysvětlení tohoto jevu na základě ohybu světla podal v roce 1852 francouzský fyzik Emile Verdet (1824-1866). Lidovým názvem pro korónu je studánka, dvůr, popřípadě aureola. V astronomii má pojem koróna jiný význam - užívá se jako název pro atmosféru Slunce, kterou lze však spatřit jen při jeho úplném zatmění. Ohyb světla způsobující vznik koróny mohou vyvolat také drobné pevné částice vznášející se v ovzduší; například pyl. V jarním období unáší vítr celé oblaky malých pylových zrnek a při jejich vysoké koncentraci můžeme vzácně pozorovat pylové koróny kolem jasných světelných zdrojů; tedy nejčastěji kolem Slunce a Měsíce. 43
Obr. 5.3.1.1 Koróna v kapičkách oblačnosti kolem Slunce [22] 5.3.2 Irizace oblaků Na okrajích tenčích oblaků je občas možné pozorovat jejich irizaci - výrazné perleťové zbarvení, v němž převládají červenavé a zelenavé odstíny. Tento jev vzniká ohybem a interferencí světla při průchodu slunečních paprsků kapičkami oblačné vrstvy. Irizace často kopíruje po obvodu tenký oblak nebo má nepravidelný tvar a nabývá tak vzhled části nesymetrické či zdeformované koróny. Intenzívní irizaci podléhá i vzácný druh tenkých oblaků vyskytujících se ve velkých výškách kolem 20-30 km, tedy již ve stratosféře. Tyto zvláštní oblaky tvořené kapičkami podchlazené vody se díky výrazné irizaci nazývají perleťové oblaky. Jejich perleťový jas se projevuje nejvýrazněji jsou-li na soumračné obloze ještě osvětlovány paprsky již zapadlého Slunce. Tato oblaka vznikají pravděpodobně v důsledku rozkmitání atmosféry při přetékání proudění přes výrazná horská pásma. V Evropě bývají pozorována nejčastěji poblíž hornatých oblastí Skandinávie. Obr. 5.3.2.1 Irizace v tenkém pásu oblačnosti [22] 44
Odlišným úkazem jsou tzv. noční svítící neboli stříbřitá oblaka, která rozptylují sluneční paprsky, není-li Slunce pod obzorem níže než cca 18º. Mohou se táhnout přes širokou část horizontu a mají vzhled stříbřitých závojů často s modravým nádechem. Tyto oblaky jsou velmi tenké a nejspíše je tvoří drobné ledové částice, jiná teorie je považuje za shluky částic kosmického či vulkanického původu. Vhodné podmínky k jejich spatření nastávají na soumračné obloze v období kolem letního slunovratu a na naší polokouli je lze pozorovat od poloviny května do poloviny srpna, hlavně v červnu a červenci. Obr. 5.3.2.2 Noční svítící oblaky [22] 5.3.3 Gloriola Tento jev je svojí podstatou blízký již zmíněné koróně. Vzniká však zpětným ohybem světelných paprsků a projevuje se jako slabé soustředné duhově zbarvené prstence kolem stínů vržených do vrstvy oblaků nebo mlhy, případně se dá pozorovat i na zemi kolem stínu vrženého do kapek ranní rosy. Gloriola vzniká tím, že se kolem stínu nějakého předmětu vytváří barevná kola ohybem světla na kapkách oblačné vrstvy, na níž se stín promítá. Kapky, které se chovají jako malé hranoly, rozkládají bílé světlo v spektrální barvy, jejichž pořadí odpovídá koróně nebo primární duze. Sled barev se může několikrát opakovat. Gloriolu lze zahlédnout například z letadla kolem jeho stínu promítnutého do oblačné vrstvy, nebo v horách, kde je možné vidět i vlastní stín na níže ležící oblačnosti ověnčený přízračnou gloriolou. Tento úkaz je též znám pod názvem Brockenský přízrak, podle hory Brocken nacházející se v pohoří Harz v Německu, kde byl často popisován. Zmíněný optický jev také zaznamenal 45
francouzský astronom a meteorolog Camille Flammarion (1842-1925) při jednom ze svých letů balónem. Obr. 5.3.3.1 Gloriola na Sněžce, foto M. Fuchs [22] 5.4 Soumrakové jevy Před východem Slunce nebo před jeho západem je část oblohy osvětlována rozptýleným slunečním světlem, a pokud tomu nebrání úplné pokrytí hustými oblaky, lze při tom pozorovat některé optické úkazy, na jejichž vzniku se společně podílejí lom, rozptyl a absorpce slunečních paprsků v atmosféře. Na obr. 5.4.1 vidíme znázorněnu situaci, kdy se Slunce S nalézá pod obzorem v úhlové hloubce h, plná kružnice představuje povrch zemského tělesa, čárkovaná kružnice značí horní hranici té části atmosféry, která účinně rozptyluje sluneční záření, a rovina σ je rovinou ideálního obzoru pozorovatele P. Zmíněný obrázek zachycuje mezní situaci v okamžiku konce večerního nebo začátku ranního astronomického soumraku. 5.4.1 Astronomický a občanský soumrak Dobu, kdy se Slunce nalézá pod obzorem, ale část oblohy může být osvětlována rozptýleným slunečním zářením, nazýváme astronomický soumrak. Rozlišujeme ranní a večerní soumrak, přičemž prvý z nich bývá v češtině častěji označován jako svítání. 46
Obr. 5.4.1 Schematické znázornění vzniku soumraku [4] Od astronomického soumraku se odlišuje tzv. občanský soumrak, za nějž se považuje doba po západu (popř. před východem) Slunce, pokud světelné poměry umožňují četbu běžného tisku. Při bezoblačné obloze bývá tato podmínka splněna tehdy, není-li Slunce více než 6-8 o pod obzorem. Trvání soumraku je dáno jak astronomickými činiteli (deklinací Slunce a zeměpisnou šířkou místa), tak i stavem atmosféry. Nejkratší soumrak je na rovníku a jeho trvání se prakticky nemění. S rostoucí zeměpisnou šířkou se trvání soumraku prodlužuje a především v letní době, kdy se s rostoucí zeměpisnou šířkou zároveň k sobě přibližuje konec večerního a začátek ranního soumraku. V naší zeměpisné šířce klesá Slunce v době letního slunovratu pouze asi 16,5 o pod obzor, takže nedochází k úplnému setmění tj. astronomický soumrak trvá celou noc. Od určité zeměpisné šířky může dojít ke splynutí večerního a ranního soumraku tzv. bílé noci. V místech se zeměpisnou šířkou, kde Slunce po určitou část roku nezapadá, nastává tzv. polární den, v opačném případě nastává polární noc. Za nízkého osvětlení jsou v sítnici lidského oka na světlo citlivé pouze tyčinky. Jak již bylo uvedeno v podkapitole 1.5, předměty červené barvy dostávají v období snižujícího se osvětlení (např. za soumraku) tmavý až černý odstín, zatímco předměty modré barvy se zdají být žlutozelené (tzv. Purkyňův jev). 47
5.4.2 Červánky Mezi nejznámější soumrakové jevy patří červánky, které je možné pozorovat v době soumraku. Jestliže se Slunce večer postupně blíží k obzoru, dostává načervenalé zabarvení, přičemž se jeho tvar jeví poněkud vertikálně zploštělým v důsledku toho, že velikost astronomické refrakce roste s klesající úhlovou výškou nad obzorem. Závislost indexu lomu vzduchu na vlnové délce světla může přitom za příznivých optických podmínek způsobit, že nejvíce červená je dolní část slunečního disku, směrem vzhůru na něm převládá žlutá barva, zatímco horní okraj může mít až zelený nádech. Současně se zbarvuje obloha kolem Slunce. Po západu Slunce zůstane po určitou dobu nad místem západu světelná skvrna, oranžová až červená, a po obloze se postupně rozšiřují barevné pásy, v nichž se směrem od západní strany obzoru střídají barvy spektra: červená, oranžová, žlutá, nazelenalá, namodralá až fialová. Tento sled barev je vytvářen vzájemnou kombinací rozptylu slunečního světla v atmosféře a lomu rozptýlených paprsků, který je ovlivňován zvětšováním hodnoty indexu lomu vzduchu s klesající vlnovou délkou. Zvláště intenzivní červánky bývají pozorovány v případech nadměrného zakalení atmosféry aerosolovými částicemi, např. po sopečných výbuších, velkých prašných bouřích apod. Analogické jevy se za vhodných podmínek objevují i během ranního soumraku (svítání), avšak v opačném časovém sledu. [4,22] Obr. 5.4.2.1 Červánky [4] 48