Jiří Bajer, UP Olomouc

Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 1

Optické jevy na obloze Duha, koróna, gloriola, halo, polární záře, rozptyl světla, astronomická refrakce, vzdušné zrcadlení, zelený paprsek. Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 2

Duha: hlavní oblouk 42 a vedlejší 51 obrácené pořadí barev Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 3

Duha ve vodní tříšti červená duha Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 4

Vnitřek duhy je světlejší Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 5

protislunce Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 6

René Descartes 1637 Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 7

Isaac Newton 1670, proč je duha barevná, pořadí barev n=1.33 (červená) a n=1.34 (fialová) George Airy 1820, podružné oblouky duhy závislost na velikosti kapek Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 8

Minimální resp. maximální deviace kde ( α β ) ( 180 β ) δ = 2 + m 2 n 1 cosα = (1 + m) 2 1 2 sinα = nsin β α úhel dopadu β úhel lomu m počet vnitřních odrazů n index lomu pro n=1.33 je δ = 42.5 pro n=1.34 je δ = 41.5 δ n m = 1 Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 9

duha s loukotěmi Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 10

velehorská duha Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 11

duha v Grand kaňonu Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 12

duha v údolí Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 13

noční duha (měsíční) & Venuše Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 14

odražená duha Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 15

duha v tříšti mořské vody 42 (sladká voda) 41 (slaná voda) Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 16

Rozštěp duhy: velké asférické kapky, silný déšť Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 17

Duhová pavučina Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 18

Ideální duha: (počítačová simulace) bodový zdroj a sférická kapka 0.75 mm Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 19

ohyb světla Bílá duha: mlha, kapky <50 µm Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 20

Koróna: ohyb na kapičkách vody pro kapku 10 µm 3 obvykle 0 až 10 * vysvětlil 1852 Emile Verdet sinα λ D Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 21

Koróna téměř bez duhového okraje Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 22

slunce kapky gloriola koróna dopředný rozptyl zpětný rozptyl Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 23

Gloriola: glorie, svatozář, opoziční efekt, Brockenský přízrak Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 24

gloriola shora Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 25

gloriola v ranní rose Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 27

kondenzační čáry Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 28

kondenzace vzdušných par Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 29

kondenzační čáry po US vojenské raketě Minotaurus Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 30

Irizace a perleťové mraky Rozptyl na kapičkách vody nebo interference na krystalcích ledu ~ 2 µm Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 31

Halové jevy: Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 32

Typické tvary sněhových vloček * šesterečná symetrie Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 35

krystalky ledu ~100 µm Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 36

lom a odraz slunečních paprsků na krystalcích ledu ~ 100 µm v mracích typu cirrus 5-10 km vysoko Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 37

Malé halo 22 Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 38

θ minimální deviace δ n θ θ + nsin = sin 2 2 δ Pro led n=1.31 dostaneme pro θ =60 je δ = 22 pro θ =90 je δ = 46 Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 39

malé halo 209x ročně 22 46 velké halo 18x ročně Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 40

Parhelium: >22 (vedlejší slunce) 71x ročně ~22 Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 41

Poloha parhelia n 2 sin 1 sin 2 2 h h θ θ + sin = sin 2 2 δ Pro θ =60 dostaneme pro h = 0 je δ = 22 pro h = 20 je δ = 23 pro h = 40 je δ = 28 kde h - výška slunce δ poloha parhélia θ lámavý úhel Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 42

Horní a dolní dotykový oblouk: 59x ročně Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 43

Tvar dotyk. oblouku závisí na výšce slunce Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 44

Cirkumzenitální oblouk: 31x ročně Slunce < 32 Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 45

Halový sloup: 34x ročně odrazem na ledových destičkách Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 46

parhelický kruh 13x ročně paranthelium 1x ročně 120 Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 47

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 Cavendish 17. stol. Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 48

Konstantin I. Veliký Halo a evropské dějiny 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. Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 49

Kompletní struktura halových jevů parhelický kruh Parryho o. protislunce halový sloup horní cirkumzenitální o. supralaterální oblouk paranthelium horní dotykový o. Lowitzovy oblouky malé halo parhelium dolní dotykový o. velké halo infralaterální oblouk Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 51

Polární záře Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 52

Vznik polární záře: 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 pásy Ty někdy zasahují až do horní atmosféry ionizace h>100 km Luminiscence: O (atomární kyslík) 630 nm a 558 nm (červená a zelená), + N 2 (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 55

zachycený p, e ~100 kev světlo ~100 km zemské magnetické pole Země aurorální ovály Van Allenovy radiační pásy Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 57

Polární záře z kosmu: Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 58

Z historie: 8. stol. př. Kr. - Hesiodes popisuje v Theogony nebe v plamenech a ohnivé draky na obloze 1575 - Cornelius Gemma, první vědecká ilustrace 1620 - Pierre Gassendi dal jevu jméno aurora borealis 1741 - Olof P. Hiorter chvění střelky kompasu při polární záři 1745 - 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 59

Proč je obloha modrá? Proč je slunce rudé? Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 60

Rozptyl světla v atmosféře rozptyl Rayleigho zákon: 1 bílé světlo projde I λ ~ λ 4 rozptyl obloha je modrá a slunce červené Projde 5x méně modrého než červeného světla a rozptýlí se 5x více modrého než červeného světla. Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 61

A proč není slunce rudé i v poledne? západ slunce 500 km 7 % poledne 20 km 90 % Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 62

1871 Rayleigh předpokládá rozptyl na kapkách vody nebo prachových zrnech. *** Ale jak to, že čím čistší vzduch, tím je obloha modřejší?! Ve skutečnosti jde o rozptyl na termálních fluktuacích hustoty vzduchu. Modrá obloha je důkazem molekulární hypotézy! 1905-1908 Einstein & Smoluchowski Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 63

Atmosférická refrakce β 57 tg z z refrakce na obzoru až 35 slunce již pod obzorem! deformace slunce 32'x26' Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 64

Západ Měsíce z kosmu na zemi o 1/5 z kosmu o 1/2 Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 65

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 se v Messinské úžině na Sicílii Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 66

spodní zrcadlení mokré silnice Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 67

neexistující ostrovy v poušti podivná zvířata Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 68

Létající ostrovy a lodě Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 69

4x stejná loď svrchní zrcadlení loď břichem vzhůru Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 70

svrchní zrcadlení Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 71

váza číše omega západ slunce mocca Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 74

Dvojitý a trojitý západ slunce Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 75

Zelený záblesk Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 76

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 se na zemi srovnatelá. Zelený záblesk objasnil 1955 Gerhard Dietze Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 77

zelený záblesk podle učebnic standardní atmosféra trvá < 2 sec horizont Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 78

zelený záblesk ve skutečnosti západ slunce vodivý kanál trvá až 15 sec Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 79

Standardní atmosféra T 6.5 C/1km Teplotní inverze T > 0 vodivý kanál kanál inverze světlovodný kanál = vrstva studeného vzduchu Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 80

Rozfázovaný západ slunce se zeleným zábleskem Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 81

Děkuji za pozornost! Literatura: http://www.atoptics.co.uk/ http://ukazy.astro.cz/halo.php http://halo.kvalitne.cz/ http://www.sysifos.cz/files/bednar_opticke_jevy.pdf Bednář, J.: Pozoruhodné jevy v atmosféře. Academia, Praha 1989 Jiří Bajer, UP Olomouc 2012 82