Dane INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Zespół Szkół Ponadgimnazjalnych im. Franciszka Ratajczaka ID grupy: 97/45 Kompetencja: Matematyczno-fizyczna Temat projektowy: Zjawiska optyczne (świetlne) w atmosferze Semestr/rok szkolny: Semestr realizacji projektu-pierwszy, rok szkolny 2009/2010

Czym jest światło? Chcąc mówić o zjawiskach świetlnych w atmosferze musimy zacząć od tego czym właściwie jest światło. Światło jest falą elektromagnetyczną. Począwszy od podczerwieni, długość fali dłuższa od światłą widzialnego, sięga aż do promieni X. Zakres światła widzialny dla ludzkiego oka jest bardzo krótki: obejmuje on długość fali między 700 a 400 nanometrów – od czerwieni do ultrafioletu.

Czym jest światło? Jeśli pozwolimy paść światłu na pryzmat możemy zobaczyć jak załamuje się światło i obserwować kolorowe widmo.

Czym jest światło? Pierwotną teorią optyczną była optyka geometryczna i jej podstawowe prawa: prawo odbicia światła i prawo załamania światła. Prawa te sformułowane zostały odpowiednio: w 1618 i 1621 roku przez holenderskiego astronoma, matematyka i fizyka - Snelliusa (Willebrorda Snella van Royena) Z czasem badania nad tymi prawami spowodowały stworzenie opisu zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia.  

Czym jest światło? Prawo odbicia światła: Kąt odbicia światła jest równy kątowi padania, przy czym promień padający, odbity i prosta prostopadła do powierzchni granicznej poprowadzona w punkcie padania leżą w jednej płaszczyźnie.

Czym jest światło? Prawo załamania światła na granicy ośrodków ma postać:

Czym jest światło? Całkowite wewnętrzne odbicie to zjawisko zachodzące dla światła, występujące na granicy ośrodków o różnych współczynnikach załamania-światło padające na granicę od strony ośrodka o wyższym współczynniku załamania pod kątem większym niż kąt graniczny, nie przechodzi do drugiego ośrodka, ale całkowicie się odbija.

Czym jest światło? Do światła nie można podchodzić tylko ze strony geometrycznej - Huygens postawił konkurencyjną, do teorii Snelliusa, hipotezę o falowej naturze światła. Teza ta, oprócz praw optyki geometrycznej, tłumaczyła zjawiska dyfrakcji i interferencji. Oba te zjawiska stanowią do dziś o falowej naturze badanych zjawisk i cząstek.

Czym jest światło? Dyfrakcja to zjawisko polegające na zaburzeniu prostoliniowego rozchodzenia się promieni świetlnych. Dyfrakcji ulega światło tylko na takich przeszkodach (szczelinach), których rozmiary są porównywalne z długością fali świetlnej.

Czym jest światło? Interferencja to zjawisko nakładania się fal świetlnych. Zjawisko to potwierdza falową naturę światła. Zjawisko to po raz pierwszy zaobserwował Thomas Young - umieścił on mocne źródło światła za przesłoną, w której wyciął szczelinę. Światło po przejściu przez tę szczelinę trafiało na następną przesłonę, z 2 szczelinami bardzo wąskimi i położonymi bardzo blisko siebie. Szczeliny te - zgodnie z zasadą Huygensa – stały się źródłami nowych fal cząstkowych. Fale te na ekranie dały obraz niezgodny z zasadą prostoliniowego rozchodzenia się promieni świetlnych

Czym jest światło? Obraz składał się z będących wynikiem nakładania się fal wychodzących ze szczelin, prążków interferencyjnych. W wyniku tego nakładania w pewnych miejscach następowało wzmocnienie (jasne miejsca na ekranie), w innych - wygaszanie (ciemne miejsca)

Czym jest światło? Światło jest falą – jest też cząstką. Cząstki światła, zwane fotonami, mają kształt spłaszczonej sfery, nie mają one ładunku elektrycznego ani masy spoczynkowej, lecz nadal są cząstkami. Badaniem tej części natury światła zajmuje się optyka kwantowa. To dzięki cząsteczkowemu podejściu do światła Einstein, bazując na wcześniejszych badaniach Plancka, wyjaśnił istotę zjawiska fotoelektrycznego.

Czym jest światło? Postulat kwantyzacji światła, postawiony przez Plancka oraz potwierdzenie jego poprawności przez Einsteina uświadomiły fizykom możliwość zbudowania lasera.

Czym jest światło? Jeśli będziemy mieli możliwość eksperymentowania ze światłem i jego pochodnymi to doprowadzimy do powstawania niezwykłych, a nieraz pięknych, zjawisk. Jasne promienie słońca, migotanie gwiazd, ciepła poświata świecy, oślepiające halogeny czy promień lasera – to wszystko są formy światła, naładowane informacjami strumienie energii. Energia ta ukazuje się naszym oczom pod postacią światła.

Opis zjawisk świetlnych zachodzących w atmosferze ziemskiej Atmosfera ziemska jest układem dynamicznym, którego źródłem energii jest promieniowanie słoneczne. Chroni ona Ziemię przez promieniowaniem słonecznym i łagodzi skutki promieniowania elektromagnetycznego. W atmosferze ziemskiej zachodzą charakterystyczne zjawiska optyczne, których źródłem jest głównie Słońce-takie jak tęcza, halo, gloria, oraz elektryczne do których należą błyskawice.

Błyskawice - pioruny Piorun sam w sobie jest przepływem energii elektrycznej. Pioruny w przyrodzie powstają przez gromadzenie się ładunków elektrycznych w chmurach.

Błyskawice- pioruny W pierwszej fazie powstawania piorunu następuje gromadzenie się ładunków w dolnej części chmury na skutek zderzeń kryształków lodu znajdujących się wewnątrz chmury. Napięcie zapłonu jest rzędu 1000000V. Taki potencjał chmura wytwarza w ciągu pół godziny dzięki silnym, wstępującym i zstępującym prądom powietrza.

Błyskawice- pioruny W chmurze burzowej występują duże krople deszczu, bryłki gradu i lodu. Wędrują one, zderzają się, a rozpadając się na mniejsze wytwarzają ładunki elektryczne. Cząstki spadające zyskują ładunek ujemny, zaś unoszące się - ładunek dodatni.

Błyskawice- pioruny W związku z tym, ładunki ujemne gromadzą się w dolnej części chmury, z kolei dodatnie w górnej. Zgodnie z regułami fizyki, w polu elektrycznym ujemne elektrony przesuwają się w kierunku źródła ładunków dodatnich, zaś dodatnio naładowane jądra wolą np. elektrodę, ziemię lub część chmury naładowaną ujemnie.

Błyskawice- pioruny Jeżeli ładunki natrafią na przeszkodę gromadzą się aż powstała różnica potencjałów pozwoli uzyskać na tyle dużą energię by przebić się przez przeszkodę.

Błyskawice- pioruny Może to być wyładowanie pomiędzy różnymi chmurami, między różnymi obszarami jednej chmury, ziemią lub wodą. Elektrony zaczynają poruszać się w kierunku ziemi tworząc tzw. wyładowanie pilotujące (to wyładowanie porusza się małymi odcinkami rzędu 30 metrów).

Błyskawice- pioruny Jeżeli jest wystarczająco duże natężenie pola elektrycznego to nastąpi rozwój wyładowania głównego. Po przebyciu kilkudziesięciu metrów wyładowanie zatrzymuje się na mikrosekundy, pokonuje kolejne kilkadziesiąt metrów, zatrzymuje się itd. Strumień ten jonizuje powietrze przed sobą, by zmniejszyć elektryczny opór powietrza.

Błyskawice- pioruny Początek 'pilota' porusza się z prędkością 10-100 tys. km/s i nie dosięga zwykle ziemi. Następnie po tym samym kanale, co wyładowanie pilotujące, od chmury wybiega wyładowanie określane jako wstępne. Porusza się ono też przerywanym ruchem, ale z prędkością ok. 10 000 km/s.

Błyskawice- pioruny Świecenie kanału jest teraz intensywne. To wyjątkowo jasne wyładowanie zaczyna biec kanałem w górę i przenosi do chmury prądy dodatnie zwane powrotnymi. Następują kolejne wyładowania wstępne oraz powrotne. Cykl powtarzany jest kilkakrotnie w ciągu ułamka sekundy, dopóki ładunki w chmurze nie zostaną zobojętnione.

Błyskawice- pioruny Wyładowanie zanika - podobnie, jak i wyładowanie wstępne, które się powtarza aż do momentu, gdy dotrze w pobliże powierzchni ziemi (ok. 50 m nad ziemią). Wtedy z powierzchni ziemi wybiega krótka iskra, która dosięga iskrę wstępną.

Błyskawice- pioruny Po połączeniu następuje przepływ prądu elektrycznego w kanale wyładowania głównego od ziemi do chmury. Powietrze rozdziera błysk pioruna przelatującego z prędkością 100 000 km/h. Natężenie płynącego prądu może sięgać dziesiątek tysięcy amperów i stanowi śmiertelne zagrożenie.

Błyskawice- pioruny Przy pomocy satelity badawczego BS6651 zbadano średnie natężenie prądu płynącego przez błyskawicę: - 1% uderzenia ponad 200kA - 10% uderzenia ponad 80kA - 50% uderzenia ponad 28kA - 90% uderzenia ponad 8kA - 99% uderzenia ponad 3kA

Tęcza Tęcza jest to jedno z najpiękniejszych zjawisk optycznych w przyrodzie. Od dawnych czasów przyciągało uwagę człowieka, urzekało poetów, myślicieli, uczonych. W czasach, gdy mało wiedziano o otaczającym świecie, traktowano tęczę jako znak niebios. Starożytni Grecy przyjmowali, że tęcza to uśmiech bogini Irys.

Tęcza Tęcza powstaje wskutek załamania, rozproszenia oraz całkowitego odbicia światła słonecznego w kroplach wody. Widzimy ją w postaci barwnego łuku na tle chmur deszczowych lub po deszczu w przeciwnym kierunku do położenia Słońca.

Tęcza W tęczy, podobnie jak w widmie, rozróżnia się 7 barw podstawowych przechodzących jedną w drugą. Zjawisko tęczy powstaje przez rozszczepienie światła białego i odbicie go wewnątrz kropel deszczu.

Tęcza Kształt łuku, jaskrawość barw, szerokość pasm zależą rozmiarów i liczby kropelek wody. Duże krople tworzą węższą tęczę z wyraźnie oddzielonymi barwami, zaś małe krople- łuk rozmyty, wyblakły a nawet biały. Właśnie dlatego jaskrawa, wąska tęcza widoczna jest latem po burzy, podczas której padają duże krople deszczu.

Tęcza Teorię, która miała wyjaśnić powstawanie tęczy, jako pierwszy, opracował Kartezjusz- już w roku 1637. objaśnił on tęczę jako zjawisko związane z odbiciem i załamaniem światła w kroplach deszczu. Powstawanie barw oraz ich kolejność zostały wyjaśnione później, po odkryciu złożonej natury światła białego.

tęcza Światło słoneczne wpada do kropli, tam również się załamuje, a równocześnie zawraca. Tak wiec czasem, kiedy słońce jest za nami, a jednocześnie gdzieś przed nami pada deszcz możemy zobaczyć wielobarwne tęcze. Dokładniej jest to widmo kolorów od czerwonego do niebieskiego. Zazwyczaj widzimy jedną tęczę, jednak tęcze zawsze powstają parami, tylko że ta druga rzadziej jest widoczna.

Tęcza W pierwszej tęczy kolor czerwony jest na zewnątrz, a niebieski wewnątrz. Z kolei w drugiej barwy ustawione są odwrotnie, na co rzadko zwracamy uwagę oglądając to zjawisko. Nie często zauważamy, że pod tęczą jest jasno a nad nią ciemniej. Ten to ciemny obszar nazywany jest łukiem Aleksandra.

tęcza Światło przechodzące przez kroplę deszczu po dwóch załamaniach i trzech lub więcej odbiciach rzadko jest dostatecznie mocne, aby stworzyć dostrzegalny łuk. Schemat powstawania Łuku głównego tęczy:

tęcza Czasami uda się zaobserwować długi łuk o odwrotnym rozkładzie barw. To tzw. tęcza wtórna, współśrodkowa względem tęczy pierwotnej, o promieniu kątowym około 52 stopnie. Powstaje ona, gdy promienie ulegają dwukrotnemu odbiciu wewnątrz kropli. Schemat powstania Tęczy wtórnej

tęcza Przy wysokości Słońca 41 stopni tęcza przestaje być widzialna, a nad horyzontem widać tylko cześć tęczy wtórnej.

tęcza Gdy wysokość Słońca przekracza 52 stopnie nie widać nawet tęczy wtórnej. Dlatego w średnich i równikowych w godzinach południowych tego zjawiska przyrody nigdy się nie obserwuje.

halo Halo (od hálos-oznaczającego tarczę słoneczną) – to zjawisko optyczne zachodzące w atmosferze ziemskiej obserwowane wokół tarczy słonecznej lub księżycowej. Jest to świetlisty, biały lub zawierający kolory tęczy (wewnątrz czerwony, fioletowy na zewnątrz), pierścień widoczny wokół Słońca lub Księżyca.

halo Część nieba wewnątrz kręgu jest tak samo ciemna jak na zewnątrz. Zjawisko wywołane jest załamaniem na kryształach lodu i odbiciem wewnątrz kryształów lodu znajdujących się w chmurach pierzastych piętra wysokiego (cirrostratus) lub we mgle lodowej.

halo Najczęściej występuje tzw. małe halo o rozmiarze kątowym 22°, powstające przez załamanie na powierzchniach kryształów o kącie łamiącym 60°. W atmosferze polarnej lub w przypadku atmosfer planetarnych możliwe są okręgi halo o innych promieniach, jeżeli kryształy lodu mają kształt inny niż sześciokątne kolumny lub płytki (np. sześciany).

halo Rzadziej widoczne bywa duże halo o rozmiarze kątowym 46°, powstające podczas załamania światła na krawędziach kryształów wzajemnie do siebie prostopadłych (kryształy lodu mają budowę graniastosłupa prostego o podstawie sześciokątnej).

halo Wielkość halo określa się na podstawie rozmiarów kątowych. W zależności od punktu obserwacji efekt halo tworzą różne, tego samego kształtu, kryształy w chmurze, oświetlone w ten sam sposób. Do zjawiska nie sposób się zbliżyć, bo jest ono specyficznym obrazem Księżyca lub Słońca.

halo Pozorna odległość do halo wynosi więc odpowiednio: ok. 400 000 km albo ok. 150 mln km. Natomiast zasięg widoczności halo określony jest przez rozmiar chmury, na której rozprasza się światło.

halo Halo jest często obserwowane w niewielkiej odległości kątowej od słońca i podczas takich obserwacji należy chronić oczy przed bezpośrednio padającym światłem Słońca - ze względu na ryzyko trwałego upośledzenia wzroku.

halo Światło słońca padające bezpośrednio przez dłuższy czas na elementy światłoczułe aparatu fotograficznego lub kamery może je uszkodzić, dlatego podczas fotografowania zjawiska tarczę słoneczną powinno się zasłaniać.

Korona Korona to lśniące barwne pierścienie widoczne wokół Słońca lub Księżyca. Mają one całe spektrum barw od czerwieni najbardziej na zewnątrz do fioletu wewnątrz. Korony powstają poprzez dyfrakcję światła, gdy przechodzi ono przez cienką warstwę kropelek wody w chmurach typu altostratus lub altocumulus.

Korona Warunkiem pojawienia się korony jest to, by warstwa chmur był cienka - światło może w niej zostać rozproszone lub ugięte tylko raz, a krople tworzące chmurę miały zbliżone rozmiary (warunek te spełniony jest najlepiej w nowo powstających lub zanikających chmurach).

korona W zjawisku dyfrakcji kąt ugięcia światła zależy od jego długości fali - dlatego światło białe rozszczepione zostaje na barwy składowe. Barwy nie są jednak dokładnie rozdzielone, częściowo nakładają się sprawiając, że kolory, które widzimy w postaci pierścieni wokół Słońca i Księżyca są ich wynikiem ich mieszania. W centrum korony znajduje się biała aureola powstała z połączenia wszystkich barw.

korona Korony są częste na umiarkowanych i dużych szerokościach geograficznych i mogą być obserwowane przez cały rok. Częściej zdarza się zaobserwować koronę wokół Księżyca, gdyż jego światło jest znacznie słabsze i koronę wokół jego tarczy łatwo dostrzec.

korona Ilość widocznych pierścieni, ich rozmiar, grubość i nasilenie barw zależy od rozmiaru kropelek, na których następuje ugięcie światła - im mniejsze są krople, tym większy rozmiar korony.

korona Na podstawie pomiaru wielkości korony można oszacować średnie rozmiar kropelek wody tworzących chmurę, na której następuje dyfrakcja korzystając z prostej zależności: średnica kropli = 250 / średnica pierwszego czerwonego pierścienia [wyrażona jako wielokrotność średnicy tarczy Słońca lub Księżyca]

miraże Miraż, fatamorgana to zjawisko powstania pozornego obrazu odległego przedmiotu w wyniku różnych współczynników załamania światła w warstwach powietrza o różnej temperaturze, a co za tym idzie, gęstości. Początkowo fatamorganą nazywano miraże pojawiające się w Cieśninie Mesyńskiej, gdzie są one najefektowniejsze. W Polsce pojawiają się na Pustyni Błędowskiej oraz na Wyżynie Śląskiej. Miraże dzielą się na 2 rodzaje – miraż dolny i górny.

miraże Miraż dolny obserwuje się pod horyzontem. Decydującym czynnikiem warunkującym jego powstawanie jest dostatecznie silne nagrzanie dużej powierzchni podłoża (np. piasku na pustyni, asfaltowej szosy, ściany dużego budynku itp.) Promienie świetlne są wówczas zakrzywiane w górę, ku chłodniejszemu, a więc gęstszemu powietrzu.

miraże Sytuacja taka ma na przykład miejsce na obszarach pustynnych, gdzie pod wieczór piasek oddaje swe ciepło, ogrzewając warstwę powietrza tuż nad swoją powierzchnią, podczas gdy wyższa warstwa jest już chłodna. Zakrzywione promienie docierają do oka obserwatora pozornie z innego kierunku, co wywołuje powstanie obrazu zwierciadlanego. Miraże dolne mogą być odwrócone lub proste.

miraże Podobnie powstaje miraż obserwowany na rozgrzanej drodze. Wygląda on jak kałuża wody, w której widzimy odbicie. Jest to efekt pozornych odbić dalekiego krajobrazu lub nieba.

miraże Miraż górny to zjawisko załamania występujące wielokrotnie w kolejnych warstwach powietrza, powodujące, że światło rozchodzi się po linii krzywej. Jeżeli obserwator znajdzie się w miejscu, gdzie dochodzi światło odbite od statku, to na przedłużeniu promieni wpadających do jego oka, zobaczy prosty obraz statku na tle nieba.

miraże Miraże dalekiego zasięgu pojawiają się wówczas, gdy górne warstwy atmosfery okażą się z jakichś powodów, na przykład przy trafieniu tam nagrzanego powietrza, szczególnie rozrzedzone. Wtedy promienie wychodzące od przedmiotów znajdujących się na powierzchni Ziemi zakrzywiają się silnie i docierają do powierzchni Ziemi pod dużym kątem do horyzontu.

miraże Na Lazurowym Wybrzeżu we Francji wczesnym, pogodnym rankiem z wód Morza Śródziemnego wznosi się na horyzoncie ciemny łańcuch gór, w których mieszkańcy Riwiery rozpoznają Korsykę. Odległość do Korsyki wynosi stąd ponad 200 kilometrów, także o bezpośredniej widoczności nie może być nawet mowy.

Iryzacja chmur Zjawiskiem podobnym do powstawania korony jest iryzacja chmur, czyli tęczowa opalizacja fragmentów, zwłaszcza brzegów, średniowysokich chmur zbudowanych głównie z kropel wody, jak na przykład altostratus lub altocumulus.

Iryzacja chmur Bardzo ładne efekty iryzacji zachodzą na chmurach typu altocumulus lenticularis (zwanych popularnie soczewkami), które powstają często na tzw. fali - masie powietrza opadającej wzdłuż skoków górskich. Chmury te charakteryzują się tym, że tworzące je krople krótko żyją, nie mają więc czasu by łączyć się w większe krople.

Iryzacja chmur Do niedawna zdecydowanie zakładano, że mechanizm zjawiska iryzacji chmur jest taki sam jak w przypadku korony, jednak zachodzi ona gdy krople tworzące chmurę nie mają jednakowych rozmiarów - kolor danego fragmentu chmury zależy od rozmiaru tworzących ją kropel.

Iryzacja chmur Iryzacja chmur Zaobserwowano jednak, że opalizacja występuje także w takich chmurach jak cirrocumulus, które w większości utworzone są z kryształków lodu. Ponadto iryzacja może występować w tych chmurach w znacznej odległości kątowej od słońca co wyklucza możliwość wyjaśnienia je poprzez zjawisko dyfrakcji światła.

Iryzacja chmur Wskazuje raczej na interferencję światła odbitego od czołowych i tylnych powierzchni bardzo cienkich, płytkowych kryształków lodu lub interferencje promieni przechodzących przez chmurę z promieniami odbitymi w jej wnętrzu.

Iryzacja chmur Znacznie rzadszym przypadkiem jest iryzacja chmur znajdujących się na wysokości około 15 - 25 kilometrów w stratosferze. Spotykane są najczęściej zimą na dużych szerokościach geograficznych.

Iryzacja chmur Powstają w specyficznych warunkach, gdy w górnych warstwach atmosfery wytworzy się silny wiatr a turbulencje sprawią, że para wodna zostanie przeniesiona przez tropopauzę do stratosfery, gdzie w temperaturze -85° C formują się z niej kryształki lodu o niemal jednakowych rozmiarach około 10 um.

Gloria Gloria jest barwnym pierścieniem powstającym wokół przedmiotu lub osoby znajdujących się powyżej chmur. Obserwowane są zatem najczęściej na szczytach gór lub podczas lotu samolotem, kiedy warstwa chmur lub mgły znajduje się poniżej oświetlonego obserwatora.

Gloria Pierścienie powstają wskutek dyfrakcji i wstecznego rozproszenia światła na kropelkach wody tworzących chmury lub mgłę - kolejność barw jest zatem następująca: od niebieskiego wewnątrz. Barwne pierścienie glorii są podobne do korony jednak w środku nie ma tu aureoli a zewnętrzne okręgi są nieco jaśniejsze.

Gloria Rozmiar glorii waha się zazwyczaj w granicach 5-20° i podobnie jak wzrasta wraz ze zmniejszaniem się średnicy kropli (nie zależy natomiast od odległości pomiędzy obserwatorem a warstwą chmur lub mgieł). Zazwyczaj widocznych jest kilka pierścieni jednak ich wyraźność zmniejsza się jeśli krople tworzące chmurę różnią się rozmiarami.

Gloria Szczególnym typem glorii jest tzw. widmo Brockenu. Jest to gloria, która powstaje wokół głowy cienia obserwatora. Nazwa tego pochodzi od najwyższego szczytu gór Harz w środkowych Niemczech.

Gloria Wznoszący się ponad 250 metrów ponad otaczające go wierzchołki Brocken (1142 m n.p.m.) charakteryzuje się znacznym kontrastem klimatycznym w porównaniu z otaczającymi go, znacznie niższymi obszarami (niższe temperatury, silne wiatry, częste zachmurzenie, opady do 1400 mm rocznie).

Gloria Ta klimatyczna odrębność powoduje, że stosunkowo często panują tam warunki umożliwiające obserwację zjawiska Brockenu - poniżej wierzchołka kładą się mgły tworzące jak gdyby ekran, na którym widoczny staje się wydłużony cień obserwatora z kolorowymi pierścieniami wokół głowy.

zorza Zorza polarna to bardzo efektowne zjawisko występujące na półkuli północnej – na północnym niebie. Może występować w postaci promienistych fal światła roztaczających się od horyzontu po zenit lub błyszczących łuków światła nad horyzontem rozchodzących się we wszystkich kierunkach.

zorza Światło przeważnie ma barwę czerwoną, ale można podziwiać zorzę o barwach zielonożółtych, błękitnych lub srebrzystych. Powstaje poprzez wyrzucone przez słońce elektrony i protony, które natrafiają na atmosferę ziemską, pobudzając azot oraz wodór i w wyniku reakcji dochodzi do zjawiska świecenia.

zorza Cząstki słoneczne wnikają w atmosferę i ulegają przyspieszeniu. Towarzyszą temu procesy jonizacji, które prowadzą do zakłóceń w odbiorze krótkich fal radiowych. Zorza występuje na wysokościach gdzie są silne rozrzedzenia powietrza. Jest umiejscowiona w określonych miejscach, w górnych warstwach atmosfery.

zorza Ma ona postać podobnych do płomieni łuków czy promieni, jednakże jej blask nie jest poświatą jakiegoś płomienia lecz przypomina światło wytwarzane przez wyładowania elektryczne w lampie neonowej.

zorza Pojawia sie zwykle jako długa, pofalowana wstęga, czasami jak bezkształtna, świecąca masa. Najwyższe zorze występują zwykle w tych warstwach atmosfery, które są oświetlone promieniami słonecznymi. Poszczególne zorze mogą wyglądać tak jakby składały się z następujących po sobie pięknych i delikatnie zabarwionych form, lecz typowy spektakl zorzy - zazwyczaj związany z burzami magnetycznymi.

zorza Zorza polarna jest związana z polem magnetycznym ziemi, nie wyjaśnione jest jeszcze przyczyna jej powstawania. Od wielu lat wiadomo już, że zorze polarne wytwarzane są przez cząsteczki emitowane przez słonce. Poruszają sie one z olbrzymią prędkością, że są zdolne przeniknąć głęboko w górne warstwy atmosfery ziemskiej - jonosfery.

zorza Zorze polarne - północna i południowa - najczęściej pojawiają się w dwóch pasach otaczających odpowiednio Biegun Północny i Biegun Południowy, w tak zwanych "strefach zorzowych" (ok. 20-25 stopni od bieguna magnetycznego). Zwykle rozciągają się z zachodu na wschód.

zorza Pierwszą zapowiedzią rozpoczęcia się zorzy jest zwykle pojawienie się w północnej części nieba, wkrótce po zachodzie Słońca, łuku zielonego światła (zwanego "cichym łukiem"). Tworzą go pionowe warstwy lub kurtyny świetlne o grubości kilkuset metrów, które biegną wzdłuż linii o tej samej szerokości geomagnetycznej. Może się rozciągać na przestrzeni setek, a nawet tysięcy kilometrów i zwykle utrzymuje się bez większych zmian mniej więcej przez godzinę.

zorza Jeżeli zaburzenie magnetyczne zanika, ginie również łuk; jeżeli intensywność wzrasta, wówczas następuje stadium wzmożonej aktywności. Dolna krawędź łuku staje się wtedy ostrzejsza i gwałtownie jaśnieje, przybierając barwę błękitnawą i przesuwając się szybko na południe. W tym samym czasie łuk rozpada się na równoległe promienie lub wiązki promieni, rozciągając się w górę ku zenitowi. Zwykle przesuwają się one na zachód wzdłuż linii łuku.

zorza Dalszy wzrost intensywności zorzy oznacza, że zbliża się trzecie stadium. Jest to korona zorzy polarnej, czyli najbardziej widowiskowa - choć krótkotrwała - część całego spektaklu. Kurtyna świetlna znajduje się wówczas niemal ponad obserwatorem i patrząc w nią można dostrzec okrągłe, przypominające koronę obiekty, z promieniami i pasmami zbiegającymi się w jeden punkt.

zorza Czasami korona łączy się, tworząc na niebie łuk lub obraz świetlnej flagi; bywa też, że pulsuje gwałtownie i emituje tysiące promieni przypominających strugi deszczu lub spadające strzały.

zorza Po zaniknięciu korony następuje okres gwałtownej aktywności zorzy, zwany na Wyspach Szetlandzkich, na północ od Szkocji, "Mewy Dancers" (Weseli tancerze). Widowisko składa się w tym stadium z wstęg lub pasów świetlnych, które w pulsującym rytmie zanikają i pojawiają się znowu. Czasami towarzyszą temu rozbłyski w kształcie płomieni - najbardziej fascynujące zjawisko zorzy polarnej.

Podsumowanie Przedstawione zjawiska ukazały nam wielką różnorodność i niezwykłość natury. Na wiele z przedstawionych zjawisk nie zwracamy na co dzień uwagi – przyjmując je jak normalny stan rzeczy – nie zastanawiając się nawet ani przez moment nad tym czym one są, czy też w jaki sposób powstają. Może warto następnym razem jak zobaczymy tęczę, na moment przystanąć i jej się dobrze przyjrzeć – może akurat się uda dojrzeć łuk wtórny… Może kolejna burza przypomni nam czym właściwie jest piorun…

Podsumowanie Nasuwa się tylko jedno, często powtarzane przez naszą nauczycielkę od fizyki zdanie : „Fizyka jest wszędzie, tylko trzeba nauczyć się ją widzieć”…

Adresy stron internetowych wykorzystanych w prezentacji http://www.atoptics.co.uk/ Http://www.polarimage.fi/ http://www.philiplaven.com/p1.html http://sites.google.com/site/robsastropics/atmosphericphenomena http://www.allthesky.com/atmosphere/atmosphere.html http://ukazy.astro.cz/eindex.php

Literatura [1] Bułat W. Zjawiska optyczne w przyrodzie, WSiP, Warszawa 1987. [2] Greenler R. Tęcze, glorie i halo czyli niezwykłe zjawiska optyczne w atmosferze, Prószyński i S-ka, Warszawa 1998. [3] Libner P., Stefaniak G. Geografia od A do Z. Repetytorium, Wydawnictwo KRAM, Warszawa 1997. [4] Mergentaler J. Słonce-Ziemia, Wydawnictwo Wiedza Powszechna (seria Omega), Warszawa 1994. [5] Szatkowski K. Świetlne widowiska na niebie, Vademecum Miłośnika Astronomii (kwartalnik), nr. 2(46), 2002.