Оптични явления в атмосферата
Разсейването на слънчевите лъчи в атмосферата е източник на радиация, изпращана от небесния свод, и същевременно причина за много оптични явления в атмосферата. По-специално, поради разсейване, местата, където не прониква пряка слънчева светлина, се осветяват, разсейването обяснява цвета на небето, осветеността при здрач, намалената видимост и др.
Разсейването върху молекули и комплекси от молекули се нарича молекулярно, а върху аерозолни частици - аерозол.
Интензитетът на аерозолното разпръскване е обратно пропорционален на дължината на вълната на степен, по-малка от четири. Това води до факта, че светлината, разпръсната от по-големи частици (прах, дим, кондензационни продукти), ще се доближи до бял цвят.
Достатъчно големи частици с радиус по-голям от 10 -2 mm (това са размерите на облачните частици) разпръскват радиацията в еднаква степен, независимо от дължината на вълната. Следователно цветът на облачното небе, както и цветът на мъглата, е бял.
Тъй като атмосферата винаги съдържа известно количество суспендирани частици, цветът на безоблачното небе е комбинация от синьо (светлина, разсеяна от молекули) с бяло (светлина, разсеяна от големи частици). В резултат на това се наблюдават различни нюанси на синьото на небето от тъмно синьо до бледо синьо и белезникаво. Колкото по-чист е въздухът, толкова по-гъсто е синьото на небето. По този начин степента на синьото на небето е показател за прозрачността на атмосферата.
За атмосферата е вярно следното правило: ако плътността на въздуха (и следователно индексът на пречупване) се променя по посока на разпространение на светлинния лъч, тогава светлинният лъч ще се огъне така, че неговата траектория винаги е изпъкнала в посока на намаляване на плътността (и индекса на пречупване) на въздуха.
Със значителен температурен контраст между морската повърхност и движещия слойатмосфера, възникват необичайни явления на земната рефракция:
а) Студено море и топъл въздух над него. Светлинните лъчи са обърнати към Земята с вдлъбнатата си страна.Отдалечените обекти, обикновено скрити от хоризонта, се издигат и се приближават към нас. Хоризонтът се разшири. Повърхността на водата изглежда вдлъбната - като огромна чиния (фиг. 4.2, а.).
б) Топло море и студен въздух над него. Светлинните лъчи са обърнати към Земята с изпъкнала страна. Хоризонтът изглежда близък, стеснен. Сякаш кривината на Земята се е увеличила. Повърхността на водата изглежда изпъкнала и всички обекти върху водата изглеждат прекалено големи (фиг. 4.2, б.).
a - далечен хоризонт, b - близък хоризонт
Миражи
Горните миражи възникват, когато плътността на въздуха рязко намалява с височина (при силни инверсии), долните миражи възникват при големи вертикални температурни градиенти и нестабилност на стратификацията, а страничните миражи възникват при неравномерно разпределение на плътността на нивото на наблюдателя. Горните и страничните миражи най-често се наблюдават в крайбрежните води на полярните райони, долните - в пустините.
При рязко намаляване на плътността на въздуха с височина, светлинните лъчи, излъчвани от обекта AB (фиг. 4.3.), Могат да достигнат окото на наблюдателя, преминавайки от един слой на атмосферата към друг, постепенно се огъват и на границата на един от слоевете могат да изпитат пълно вътрешно отражение и отново да се обърнат към Земята.
Ориз. 4.3. превъзходен мираж
Наблюдател от точка O ще види, по посока на допирателните към траекториите на лъча, вторично изображение на обекта A¢B¢, разположен отгоре.
Очертанията на обектите по време на мираж са повече или по-малко, а понякога и силно, изкривени. По-специално, видимите дискове на Слънцето и Луната претърпяват значителни деформации по време на изгрев и залез. Сложни явления на мираж с рязко изкривяване на външния вид на обектитесе наричат Фата Моргана (коварната фея Моргана).
Ориз. 4.4. долен мираж