Оптические загадки атмосферы Интерференция, дифракция, рассеяние и преломление света
реклама
Оптические загадки атмосферы Интерференция, дифракция, рассеяние и преломление света в атмосфере Курин Владислав Викторович, Институт Физики Микроструктур РАН, Нижний Новгород Речь пойдет о физическом объяснении таких явлений • «Лучи» и тени • Рефракционные явления - миражи • Радуга и другие эффекты рассеяния на каплях воды • Гало – рассеяние на кристаллах льда • Ложные солнца Использованы фотографии с сайтов http://www.atoptics.co.uk/ http://www.weather-photography.com http://mintaka.sdsu.edu/GF/ «Лучи» и тени. Сумеречные «лучи» Лунные «лучи» Образование «лучей» и перспектива Объясняется в рамках геометрической оптики Дифракция и геометрическая оптика x F 2 a • Параметр Френеля a x F 1 F 1 Геометрическая оптика Дифракция Соотношение между геометрической и волновой картиной • Волна • Фаза cos[t ( x, y, z )] z y t ( x, y, z ) • Волновой фронт-поверхность • Лучи – нормали к волновым фронтам x ( x, y, z ) const z x Миражи (mirror image) mirage • Миражи с двумя изображенями – Нижний мираж (перевернутое изображение под прямым) – Верхний мираж (перевернутое над прямым) • Мираж с тремя изображениями (перевернутое между 2 прямыми) • Фата-Моргана –чередование искаженных прямых и перевернутых изображений (Фея Моргана, героиня легенд о короле Артуре, живет на морском дне и обманывает путешественников призрачными видениями) Миражи Явления обусловленные преломлением света неоднородно нагретой атмосферой Неоднородная атмосфера действует как линза, отклоняя лучи в большие n Показатель преломления n n 1/ T Понижение температуры y x Нижние миражи Space Shuttle Columbia in the Mirage Закатный мираж Закат «Этрусская ваза»-W sunset Моделирование Ход лучей при миражах Ход лучей при наличии инверсионного слоя Волноводное распространение из-за полного внутреннего отражения Оптический атмосферный волновод Высота Температура x Уплощенное солнце-верхний мираж Двойной закат Зеленый луч на побережье Орегона Последовательные фазы заката Mock mirage simulation Weak inversion Ducted mirage Зеленый луч-green flash Загоризонтные видение и волноводное распространение Миражи- «фата-моргана»несколько инверсионных слоев Описаны случаи видения на несколько сотен километров Фата-моргана у берегов Норвегии Дифракция или рассеяние света на каплях воды • • • • Радуга Корона или венцы Сияние Переливчатость, игра цветов Теория радуги: • Геометрооптический подход: Р. Декарт, 1637 •Волновой подход: Эйри, 1836 Теория короны: Фраунгофер, Типичная радуга Еще одна Ход лучей в капле d>> d Прицельный параметр Угол рассеяния d Зависимость угла рассеяния от прицельного параметра Лучи 1-го порядка min 137 Лучи 2-го порядка min 127 0 a Существуют предельные углы рассеяния!!! В приближении ГО интенсивность света в экстремальных направлениях бесконечна d d d Свет из трубки d попадает в угол d d но в экстремуме d 0 Зависимость интенсивности от угла в приближении ГО I Каустика Радуга 1-го порядка Радуга 2-го порядка Темная полоса Александра Распределение интенсивности от угла вблизи каустики при учете конечности I Свет Каустика ГО Тень 0 Функция Эйри Волновой фронт вблизи предельного угла Показатель преломления зависит от длины волны! I Свет Каустика синего Каустика красного Главная радуга Побочные радуги Тень 0 Вид побочных дифракционных радуг Побочные радуги 2-го порядка Отраженная радуга Двойная радуга – до сих пор не имеет общепринятого объяснения Туманная радуга – радуга от маленьких капель Лунная туманная радуга Зависимость от размера капель Корона-рассеяние вперед на маленьких каплях Образование короны. Картина волновых фронтов Переливчатые облака Сияние - рассеяние близкое к обратному Сияние в туманном лесу Сияние в горах Дифракция света на больших каплях a=1mm Дифракция света на маленьких каплях a=20mm Рассеяние на кристаллах льда. Гало. • Кристаллы льда • Призмы • Пластинки Часто наблюдаемые гало. Схема Зенитальная арка Касательные арки Синий и красный лучи образуют верхнюю и нижнюю касательные арки 22 круговое гало Формирование 22 гало Формирование 22 гало Формирование 22 гало Формирование 22 гало Формирование 22 гало Формирование 22 гало Формирование 22 гало Формирование 22 гало Формирование 22 гало Формирование 22 гало Формирование 22 гало Формирование 22 гало Формирование 22 гало Формирование 22 гало Формирование 22 гало Формирование 22 гало Sundogs-схема 22 гало от ориентированных гексагональных пластин Sundogs Это все. Спасибо.
