Òptica atmosfèrica
La òptica atmosfèrica és una disciplina que intenta explicar cóm les propietats òptiques distintives de l'atmòsfera terrestre causen una àmplia gama de fenomens òptics.
El color café del cel és un resultat directe de la dispersió de Rayleigh, que redirigix la llum solar d'una freqüència més alta (blava) cap al punt d'observació. Com la llum blava és dispersada més fàcilment que la llum roja, el sol es veu d'una tenyida rojosa quan és observat a través d'una atmòsfera de major gruixa, com durant l'amanecer o l'ocàs. Atres materials particulats en suspensió en el cel pot dispersar diferents colors en diferents ànguls, creant resplandecientes cels colorits al vespradeta i al amanecer.
La dispersió dels cristals de gèl i d'atres partícules en l'atmòsfera són responsables per fenomens tals com els halos, arreboladas, corones, rajos crepusculares, i parhelios. La variació d'estos tipos de fenomens es deu a diferents tamanys i geometria de les partícules presents en l'atmòsfera.[1] Per la seua banda, els arcs iris són el resultat d'una combinació de reflexió i refracció dispersiva de la llum en les gotes d'aigua. Ya que els arcs iris s'observen entre l'observador i el sol, són més prominents mentres més propenc estiga el sol al horisó.[2]
Els fenomens òptics en a on els rajos de llum es tuercen per variacions tèrmiques en l'índex de refracció de l'aire són cridats espillismes, els que produïxen imàgens fortament distorsionades o desplaçades d'objectes distants. Atres fenomens òptics associats en la temperatura atmosfèrica inclouen al efecte Nova Zembla i les Fata Morganas.[3]
Tamanys aparents del sol i la lluna
- Artícul principal → Ilusió llunar.
En el seu Tractat sobre Òptica (de el XI), Alhacén va argumentar que la visió ocorre en el cervell, i que les experiències personals tenien un efecte sobre lo que les persones veen i en cóm veen, i que, per lo tant, la percepció visual era subjectiva. Contrari a la teoria de la refracció de el sabio Ptolomeo, la qual afirmava que les persones percebien el sol i la lluna més grans en l'horisó que quan es trobaven a major altitut, Alhacén va redefinir el problema en térmens de l'engrandiment percebut, més que real, dels astres. Dia que, jujar la distància d'un objecte depenia de l'existència d'una seqüència ininterrompuda dels cossos intermijos entre l'objecte i l'observador. En la Lluna, no obstant, no existixen objectes intermijos. Per lo tant, ya que el tamany d'un objecte depén de la seua distància observada, que és, en este cas, inexacta, la Lluna sembla més gran en l'horisó.
A través d'obres de Roger Bacon, John Pecham i Witelo basades en l'explicació de Alhacén, l'ilusió llunar poc a poc va aplegar a ser acceptada com un fenomen sicològic, rebujant-se la teoria de Ptolomeo en el XVII.[4]
Per més de 100 anys, les investigacions sobre l'ilusió llunar varen ser portades a terme per científics de la visió que invariablement varen ser sicòlecs especialistes en percepció humana. Despuix de revisar totes les diferents explicacions en el seu llibre The Mystery of the Moon Illusion ("El misteri de l'ilusió llunar"), Ross i Plug varen concloure que "Cap teoria per sí sola ha resultat victoriosa".[5]
Formes de percepció de la llum
Coloració del cel
- Artícul principal → Cel.
La llum del cel és producte de la radiació difusa dels rajos solars, que resulta en un color blavenc percebut pel ull humà. En els dies solejats, la dispersió de Rayleigh dona al cel un vaig degradar blau — obscur en el cenit i clar prop a l'horisó. La llum que entra des de dalt es troba en una 38a part de la massa d'aire que la llum que es troba en un camí horisontal. Per lo tant, unes poques partícules dispersen els rajos del sol cenital, i per tant la llum es manté d'un blau més obscur.[6] Lo blau està en l'horisó degut a que la llum blava que ve des de grans distàncies també està preferencialmente dispersada. Açò es traduïx en un corriment al roig de les fonts lumínicas fins que són compensades en el to blau de la llum dispersada en la llínea de visió. En atres paraules, també la llum roja es dispersa; si ho fa en un punt a gran distància de l'observador, té una provabilitat molt major d'aplegar a l'observador que la llum blava. En distàncies que s'acosten al infinit, la llum dispersada és, per lo tant, blanca. A lo llunt, els núvols o montanyes nevades es voran de color groc per eixa raó;[7] este efecte no és evident en dies rebujats, pero és molt pronunciat quan els núvols cobrixen la llínea de visió reduint el to blau de la llum solar dispersada.
La dispersió causada per partícules molt chicotetes (del tamany d'una molècula) és casi aleatòria. La dispersió en un àngul de 90 graus és, encara la mitat de la dispersió que es reflectix o es va cap a avant. Açò fa que el cel blau estiga casi sempre coloreat i que els núvols prims per a formar un àrea blanca al voltant del sol, ya que les partícules grans que componen els núvols es dispersen preferentment solament en ànguls baixos. La pols del Sahara es mou al voltant de la perifèria sur de la cresta subtropical i es desplaça pel surest d'Estats Units durant l'estiu, lo que canvia el cel d'un aspecte blau a un blanc i causa un aument de posades de sol de color roig. La seua presència repercutix negativament en la calitat de l'aire durant l'estiu, ya que li afig material particulado en suspensió.[8]
El cel pot tornar-se d'una multitut de colors tals com a roig, anaranjado, morat i groc (especialment prop de la vespradeta o en amanecer) i negre en la nit. Els efectes de la dispersió també en part polarisen la llum del cel, més pronunciada en un àngul de 90° del sol. Els models de distribució de la lluminància del cel han segut recomanats per la Comissió Internacional de l'Allumenament (CIE) per al disseny de sistemes d'allumenament natural.[9]
Irisación dels núvols
- Artícul principal → Irisación.
El color d'una núvol visible des de la Terra, permet explicar prou sobre lo que està ocorrent a l'interior del núvol. Les denses i profunts núvols de la troposfera exhibixen una alta reflectividad (de l'orde del 70% al 95%) a lo llarc de tot l'espectre visible. Les diminutes partícules d'aigua estan agrupades densament, per lo que la llum del sol no pot penetrar profundament en el núvol ans que siga reflectida cap a fòra, donant-li el seu color blanc característic, sobretot quan s'observa des de la part superior.[10] Les gotes d'aigua dels núvols tendixen a dispersar la llum en eficiència, de modo que l'intensitat de la radiació solar disminuïx en els gasos profundament. Com a resultat, la base dels núvols pot variar d'un color gris molt obscur a un molt clar, depenent de la gruixa del núvol i de la cantitat de llum reflectida o transmesa a l'observador. Els núvols prims poden tindre un aspecte blanc o adquirir el color del seu entorn o del seu fondo. Els núvols alts, troposfèriques o no, poden aparéixer majorment blanques si es componen en la seua totalitat per cristals de gèl i/o gotes d'aigua molt gelada.
A mida que madura el núvol troposfèric, les denses gotes d'aigua es poden combinar entre sí per a produir gotes més grans, que a la seua volta poden formar gotes lo suficientment grans com per a precipitar en forma de pluja. En este procés acumulatiu, l'espai entre les gotes es va fent cada volta major, permetent que la llum penetre més a través del núvol. Si el núvol és lo suficientment gran i les gotes en el seu interior estan separades per una distància adequada, és possible que un percentage de la llum que ingressa al núvol no es reflectixca de regrés abans de ser absorbida. Un eixemple d'açò es pot notar en tractar de vore no més que una densa boira quan se susciten pluges fortes. Este procés de reflexió/absorció és lo que produïx que el núvol tinga una gama de colors que comprén vàries tonalitats de blanc a negre.[11]
Atres colors poden ocórrer naturalment en els núvols. Els tons gris-azulats són resultat de la dispersió lumínica dins del núvol. En l'espectre visible, el blau i el vert estan en l'extrem curt de les llongituts d'ona visibles de la llum, mentres que el roig i el groc es troben en l'extrem llarc.[12] Els rajos curts són més fàcilment dispersats per les gotes d'aigua, i els rajos llarcs més proclius a ser absorbits. Un color blavenc evidència que tal dispersió està sent produïda per gotes del tamany adequat per a produir pluja a l'interior del núvol. Una tenyida més verdino d'un núvol es produïx quan la llum solar és dispersada per cristals de gèl. Un cumulonimbus de color vert és senyal de severes tormentes elèctriques,[13] capaços de produir fortes pluges, graniçs, forts vents i possibles tornados.
Els núvols groguenques poden ocórrer des de finals de primavera a inicis d'autumne durant la temporada d'incendis forestals. El color groc es deu a la presència de contaminants en el fum, com el diòxit de nitrogen que és a voltes visible en algunes àrees urbanes en alts nivells de polució en l'aire.[14] Els núvols roges, taronges i rosades ocorren casi sempre durant el alba i la vespradeta com a resultat de la dispersió de la llum del sol en l'atmòsfera, puix en tals moments del dia l'àngul entre el sol i l'horisó és menor al 10%, en lo que la llum del sol es torna molt roja per la refracció de tots els colors distint a aquells més rojosos.[13] Els núvols no es posen d'eixe color, sino que reflectixen els rajos llarcs i no dispersats de la llum solar, que són predominants en eixes hores. L'efecte és molt semblat a si un tinguera que enfocar una llum roja sobre un full blanc. En combinació en núvols de tormenta grans i madures, tal efecte pot produir núvols de color sanguíneu. Els núvols es veuen més obscures prop del infrarroig, puix l'aigua absorbix la radiació solar en eixes llongituts d'ona.
Rajos crepusculares
- Artícul principal → Rajos crepusculares.
Els rajos crepusculares són rajos de sol més o menys paralels movent-se a través de l'atmòsfera terrestre, pero que apareixen divergir a causa de la perspectiva ortogonal.[15] Solen ocórrer quan certs objectes, com a cims de montanyes o núvols parcialment ensombrecen els rajos del sol. Varis composts de l'aire difuminan la llum solar i fan visibles a estos rajos, per la difracció, reflexió, i dispersió.
Els rajos crepusculares també poden ser observats ocasionalment baix de l'aigua, particularment en àrees àrtiques, apareixent des de les banquisas o clavills en el gèl. També poden ser vistes en els dies quan els rajos de sol colpegen els núvols en un àngul perfecte que lluïxen sobre la zona.
Hi ha tres formes principals de rajos crepusculares:
- Rajos de llum que travessen forats en els núvols baixos (també cridada "Escala de Jacob").
- Fas de llum que divergixen des de darrere d'un núvol.
- Rajos pàlits, rosats o rojosos que irradian des de baix de l'horisó. A sovint es confonen en pilars llaugers.
Es veuen comunament prop de l'amanecer i la vespradeta, quan els núvols alts com els cumulonimbus i les montanyes poden ser més efectives per a crear estos rajos.
Rajos anticrepusculares
- Artícul principal → Rajos anticrepusculares.
Els rajos anticrepusculares, encara que en realitat són paralels, a voltes són visibles en el cel en direcció oposta al sol. Semblen convergir novament en l'horisó lluntà.
Airglow
- Artícul principal → Airglow.
El airglow és l'emissió de llum per una atmòsfera planetària causada per la reestructuració d'àtoms en forma de molècules que havien segut ionizadas per la llum solar durant el dia, o per rajos còsmics. En la Terra, la font d'emissió està situada prop de la mesopausa, i està conformada per vàries capes. Les principals són la capa del OH, a uns 85 km, i la d'O2, situada a uns 95 km d'altura, abdós en una gruixa aproximada d'uns 10 km. No obstant, l'element més important per la seua concentració que genera el fenomen del airglow és el nitrogen, tant quan combina en l'hidrogen com quan es combina en l'oxigen; també es pot trobar lluminiscència en ions d'oxigen (OI) i de sodi (NaI).
Referències
- ↑ C. D. Ahrens (1994). Meteorology Today: an introduction to weather, climate, and the environment, 5th edició, West Publishing Company, pp. 88–89. ISBN 0314027793.
- ↑ H. D. Young (1992). University Physics 8i, Addison-Wesley. ISBN 0201529815.Capítul 34
- ↑ A. Young. «An Introduction to Mirages».
- ↑ Maurice Hershenson (1989). The Moon illusion, Psychology Press. ISBN 9780805801217.
- ↑ Helen Ross, Cornelis Plug (2002). The Mystery of The Moon Illusion. Oxford University Press, USA. Page 180.
- ↑ Why is the sky bluer on top than at the horizon
- ↑ David K. Lynch, William Charles Livingston (2001). Color and light in nature, Cambridge University Press, p. 31. ISBN 9780521775045.
- ↑ Science Daily. African Dust Called A Major Factor Affecting Southeast U.S. Air Quality. Consultat el 10 d'octubre de 2007.
- ↑ eSim 2008 (May 20th - 22nd, 2008) General Sky Standard Defining Luminance Distributions
- ↑ Increasing Cloud Reflectivity,Royal Geographical Society, 2010
- ↑ Clouds absorb more solar radiation than preveiously thought (blacker than they appear),Chem. Eng. News, 1995, p33
- ↑ Atmospheric Science Data Center. «What Wavelength Goes With a Color?». National Aeronautics and Space Administration. Archivat des d'el original, el 22 de març de 2011. Consultat el 28 de març de 2011.
- ↑ 13,0 13,1 Frank W. Gallagher, III.«Distant Green Thunderstorms - Frazer's Theory Revisited».Journal of Applied Meteorology.American Meteorological Society.39(10)
- 1754–1757.doi:10.1175/1520-0450-39.10.1754.Consultat el 20 de eneero de 2011.
- ↑ Cities and Air Pollution, Nature, 1998, chapter 10
- ↑ John A. Day (2005). The Book of Clouds, Sterling Publishing Company, Inc., pp. 124–127. ISBN 9781402728136.
Referències
- Este artícul conté una traducció derivada de «Óptica atmosférica» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.