Obloha je mnohem víc než jen modré pozadí nad našimi hlavami. Odehrává se v ní spousta jevů, které nám představují přirozenou podívanou světla a barev, od nejjemnějších obláčků až po zářivé duhy, prchavé blesky v bouřkách a překvapivé optické efekty. Tyto prvky nejsou jen součástí našeho každodenního života, ale od nepaměti jsou také zdrojem inspirace, výzkumu a obdivu.
Pochopit, jak tito nebeští společníci – mraky, duhy, blesky a další jevy – vznikají, je jako ponořit se do srdce meteorologie. Prostřednictvím vědy můžeme odhalit tajemství každého duhového mraku, každého elektrického záblesku a každého vícebarevného pruhu, který se táhne po nebeské klenbě. Pokud jste se někdy zastavili a podívali se na oblohu po bouřce nebo za slunečného dne a přemýšleli o původu těchto podívaných, zde je odpověď.
Úloha mraků na obloze
Mraky jsou nespornými hvězdami vizuální meteorologie . Vznikají, když se v atmosféře kondenzuje vodní pára, která se shlukuje do drobných vodních kapiček nebo ledových krystalků v různých výškách. V závislosti na jejich složení a umístění se mohou mraky jevit jako vatovité, tenké, husté nebo někdy pro lidské oko téměř neviditelné.
Mezi různými typy oblaků vynikají vysoké, řídké oblaky , jako jsou cirrostratus nebo cirrus. Tyto oblaky jsou schopny vytvářet překvapivé optické efekty, když sluneční světlo interaguje s jejich částicemi. Ačkoli si jich v každodenním životě často nevšímáme, za určitých podmínek mohou být zodpovědné za jedinečné a barevné jevy na obloze.
Duha: podívaná světla a barev
Duha je nepochybně jedním z nejzajímavějších a nejznámějších jevů . Navzdory její popularitě je důležité si uvědomit, že se nejedná o fyzický objekt, ale o optickou iluze vytvořenou interakcí slunečního světla a kapiček vody vznášejících se v atmosféře.
Bílé sluneční světlo se skládá ze všech barev viditelného spektra a každá z těchto barev se šíří na jiné vlnové délce . Když sluneční světlo prochází atmosférou a narazí na dešťové kapky, láme se (mění svou dráhu), rozděluje se na své různé barvy a část tohoto světla se odráží uvnitř kapky, aby se nakonec objevila, jakmile se barvy oddělí.
Abychom mohli vidět duhu, musí být splněny určité podmínky:
- Přítomnost mnoha vodních kapiček v suspenzi (buď po dešti, v husté mlze nebo poblíž vodopádu).
- Slunce musí být za pozorovatelem a relativně nízko na obzoru.
- Obloha před námi by měla být jasná. aby se světlo mohlo správně lámat a odrážet.
Tento chromatický jev nám připomíná, že ačkoliv se slunce jeví žluté, jeho světlo ve skutečnosti obsahuje všechny barvy a je to atmosféra, která je filtruje a hraje si s nimi, aby ukázala to, co naše oči vnímají jako duhu.
Duhové mraky: pastelový vějíř oblohy
Pokud jste někdy viděli mraky, které se zdají být pokryté pastelově zbarvenými pruhy , jako jemná duha, pravděpodobně jste byli svědky jevu duhových mraků . Tato úžasná podívaná se odehrává za slunečných dnů, kdy se vedle převážně jasné oblohy v horních vrstvách atmosféry objevují velmi tenké mraky s nízkou hustotou.
Iridescentní mraky vykazují řadu jemných odstínů díky optickému procesu zvanému difrakce světla . K tomu dochází, když sluneční světlo prochází drobnými kapkami vody nebo ledovými krystalky, které tvoří mrak: cirrusové mraky.
- Kapičky, které tvoří oblak, musí být extrémně malé, řádově v mikrometrech.
- Tyto částice musí mít navzájem velmi podobnou velikost. aby se umožnil homogenní difrakční efekt.
- Oblak by měl být řídký a ne příliš hustý., čímž se podporuje rozptyl světla ve formě chromatického vějíře.
Když sluneční světlo interaguje s těmito tenkými mraky, každá barva se ohýbá mírně odlišným směrem v závislosti na své vlnové délce. Barvy s delší vlnovou délkou (jako je červená a oranžová) se ohýbají méně, zatímco barvy s kratší vlnovou délkou (modrá a fialová) se oddělují více a vytvářejí kolem mraku vlnité vzory nebo prstence s odstíny růžové, zelené, oranžové nebo pastelově modré.
Aby k tomuto jevu došlo intenzivně, nejmenší vodní kapičky se obvykle koncentrují na okrajích mraků, zejména při jejich odpařování. Pokud jsou přítomny kapičky různých velikostí, výsledkem je řada méně jasně zbarvených pruhů, takže intenzita efektu závisí na uniformitě a velikosti částic.
Sluneční halo: kruh barev kolem Slunce
Slunce je někdy obklopeno kruhem barev připomínajícím obrovskou duhu, známým jako sluneční halo . K tomuto optickému jevu dochází, když je na obloze vrstva velmi vysokých mraků, zvaná cirrostratus, složená z tisíců ledových krystalků . Když sluneční paprsky procházejí těmito krystalky , světlo se rozkládá na své základní barvy, stejně jako se to děje u skleněného hranolu.
Pořadí barev v halo obvykle začíná červenou poblíž Slunce a končí modrou na vnějším okraji. Ačkoli jeho vzhled může připomínat duhu, fyzikální mechanismus slunečního halo je odlišný: zde převládá lom a odraz světla ledovými krystalky , spíše než kapkami kapalné vody.
Svatozáře se mohou objevovat v různých formách – oblouky, parhelia nebo dokonce dvojité svatozáře – a jsou častější, než si myslíme, zejména v dny, kdy je závoj vysokých mraků dostatečně tenký, aby propustil světlo, ale zároveň dostatečně přítomen, aby dopadal na suspendované ledové krystalky.
Blesk: energie a elektřina v bouřkách
Blesk, na rozdíl od duhy nebo duhových mraků, je elektrický jev a lze jej považovat za fyzický objekt, i když s velmi krátkou životností a extrémní silou. Vzniká, když elektricky nabité bouřkové mraky generují potenciálový rozdíl dostatečně velký na to, aby překonaly odpor vzduchu, a vytvářejí tak viditelný a slyšitelný elektrický výboj.
Vznik blesku vyžaduje uvnitř bouřkových mraků tři hlavní složky:
- Ledové krystaly
- Kapky deště
- Suspendované prachové částice
Když jsou tyto částice v oblaku rozvířeny, mohou získat opačné elektrické náboje. Kladné náboje mají tendenci stoupat k horní části oblaku , zatímco záporné náboje se shlukují dole. To způsobuje, že se země přímo pod oblakem kladně nabije, včetně korun stromů, budov a dokonce i lidí.
Blesk je přirozenou reakcí na tuto elektrickou nerovnováhu : výboj, který se snaží vyrovnat a stabilizovat rozdíly v nábojích. Blesk může vzniknout mezi mraky a zemí, v rámci jednoho mraku nebo mezi dvěma různými mraky a vytvářet obrazce, které jsou stejně velkolepé jako nebezpečné.
Vznik blesku je proto připomínkou obrovské síly obsažené v pohybujících se vzdušných hmotách v atmosféře a široké škály elektrických a optických jevů, které mohou vzniknout z jednoduchého bouřkového mraku.
Když se na obloze kříží blesk a duha
Spojení dvou nejvýraznějších meteorologických jevů, duhy a blesku , do jednoho obrazu je složitý a zřídka možný úkol. Oba závisí na velmi specifických atmosférických podmínkách , které se jen zřídka shodují: zatímco duha vyžaduje současný déšť a sluneční svit na opačných stranách oblohy , blesk je obvykle spojován s hustými bouřkovými mraky a často zakrývá slunce. Při zvláštních příležitostech však lze pozorovat dechberoucí vizuální spojení.
Obtížnost fotografování těchto jevů společně je tak velká, že i těm nejzkušenějším lovcům bouří může trvat roky, než zachytí snímek, kde se oba divy shodují ve stejném záběru. Klíčem je poloha (zády ke slunci), přesný okamžik a samozřejmě notná dávka štěstí!
Kouzlo světla: difrakce, lom a iridescence
Optické jevy, které pozorujeme na obloze, se vysvětlují vlastnostmi světla , konkrétně tím, jak interaguje s částicemi vody a krystaly suspendovanými v atmosféře. Nejrelevantnější procesy jsou:
- Lom: nastává, když světlo mění směr při přechodu z jednoho média do druhého, například ze vzduchu do vody. Je základem duhy a slunečního halo.
- ReflexeČást světla se odráží od vnitřního povrchu vodní kapky a přispívá k tvorbě duhy.
- Difrakceproces, při kterém se světlo při průchodu velmi malými částicemi odchyluje a rozptyluje, což vede k jevům, jako je iridescence v určitých oblacích.
Iridescence je viditelná zejména ve vysokých, řídkých oblacích, kdy interakce světla a částic homogenní velikosti vytváří pásy pastelových barev nebo zkreslené oblouky, odlišné od klasických kruhových duh, ale s nimi podobné.
Závěrem lze říci, že pozorování mraků a jejich společníků – duhy, blesků, svatozáře a dalších divů – nám umožňuje otevřít okno do tajemství atmosférické fyziky a meteorologie. Každý optický jev odráží složité procesy, které řídí interakci mezi sluncem, atmosférou a suspendovanými částicemi. Pochopení toho, jak a proč je vnímáme, obohacuje naše znalosti a zvyšuje náš obdiv k pomíjivé kráse, kterou nám obloha nabízí den za dnem.