Optické jevy v atmosféře II

Prezentace na téma: "Optické jevy v atmosféře II"— Transkript prezentace:

1 Optické jevy v atmosféře II
Proseminář z optiky

2 závisí na hustotě, tj. na teplotě a tlaku
Index lomu vzduchu závisí na hustotě, tj. na teplotě a tlaku Je-li tento člen kladný, index lomu s výškou klesá. To nastává, roste-li teplota s výškou nebo klesá-li pomaleji než 3.42 K/100m. Při postupu paprsku vzhůru dochází k lomu od kolmice, může nastat totální odraz a svrchní zrcadlení. Je-li tento člen záporný, index lomu s výškou roste. To nastává, klesá-li teplota s výškou rychleji než 3.42 K/100m – spodní zrcadlení. Při postupu paprsku dolů dochází k lomu od kolmice, může nastat totální odraz a spodní zrcadlení. Standardní atmosféra – pokles o 0.65 K / 100m

3 Šíření paprsků Homogenní atmosféra – paprsky se šíří přímočaře
Standardní atmosféra– hustota klesá s výškou Lom ke kolmici při šíření z horních vrstev atmosféry směrem k zemskému povrchu Teplota roste s výškou, zesílení lomu ke kolmici při šíření Z horních vrstev atmosféry směrem k zemskému povrchu

4 n.r.sina=C

5 Cirkulující paprsky ? Jaký gradient teploty je potřeba, aby paprsky v atmosféře sledovaly zakřivení Země Optické dráhy AB a A´B´musejí být stejné. Proto n(r)1/r Výpočtem lze ukázat, že dT/dh=120K/km, tj. 0.12K/m

6 Zobrazení – přenosová funkce
Pozorovatel ve výšce 1.5m Cíl vysoký 2m ve vzdálenosti 1km Zakřivení paprsků v důsledku změn indexu lomu nepatrné Přenosová funkce je závislost výšky místa ze kterého vstupují paprsky do oka na úhlu pod kterým dané místo vidí pozorovatel

7 Standardní atmosféra Pokles teploty s výškou 6.5K/km, tj. 0.065K/m
Dochází k mírnému lomu paprsků ke kolmici při přechodu do opticky hustšího prostředí. Pro vrstvu vzduchu kde by bylo dT/dh = 0.34K/m, je dn/dh=0. Paprsky by se šířily přímočaře.

8 Mírně vyšší než standardní pokles T s výškou
Zvýšení/snížení elevace vzdálených objektů Zvýšení Snížení Mírně vyšší než standardní pokles T s výškou Silná teplotní inverze Přenosové funkce v obou případech lineární

9 Spodní zrcadlení Pokud teplota rychle klesá s výškou
(index lomu s výškou roste) pozorujeme spodní zrcadlení Na povrchu Země je přehřátá vrstva vzduchu s nižší hustotou. Paprsky dopadající pod velkými úhly dopadu se lámou směrem vzhůru – totální odraz na opticky řidším prostředí.

10 Svrchní zrcadlení T Teplý vzduch Stud. Světelné paprsky se lámou dolů
Pokud teplota stoupá s výškou (index lomu s výškou klesá) pozorujeme invertované obrazy protože světelné paprsky se lámou dolů při průchodu teplejším vzduchem který má menší index lomu. Někdy se těmto jevům říká Fata Morgana A způsobí invertovaný obraz nahoře na obloze Teplý vzduch Světelné paprsky se lámou dolů Ve vrstvě vzduchu s konstantní teplotou (indexem lomu) je objekt zobrazen normálně Stud. Paprsky se lámou více tam kde je větší gradient teploty T

11 Efekty vlnovodu I n II III h T III h I II

12 Efekty vlnovodu Zakřivení inverzní vrstvy je větší než zakřivení Země
Paprsky 2, 0, -2 zachyceny inverzí

13 Efekty vlnovodu 1. křížení 2. křížení
Objekty mezi 1. a 2. křížením jsou vidět invertovaně, objekty za 2. křížením Jsou vidět vzpřímeně

14 Efekty vlnovodu křížení
Objekty s výškou cca 100m ve vzdálenosti větší než 50km jsou vidět invertovaně

15 Interakce světla s kapkou - modely
 » d dipólový model, Rayleighův rozptyl (molekuly)   d Mieho rozptyl (malé kapky)  « d geometrický rozptyl (velké kapky, odraz, lom )

16 Barva oblohy Rayleighův rozptyl na molekulách + fluktuace koncentrace molekul na prostorové škále ~λ Rayleighův rozptyl na jedné osamocené molekule: rozměr molekuly <<λ dopadající nepolarizované záření polarizovatelnost vzdálenost od molekuly úhel rozptylu Ideálně homogenní prostředí: rozptýlené vlny se navzájem vyruší a pokračuje pouze původní vlna s indexem lomu; žádný rozptyl. Pro „makroskopický“ rozptyl nutná nehomogenita = fluktuace v koncentraci molekul =fluktuace indexu lomu Z hlediska modelu spojitého prostředí: přidání „zdroje“ do vlnové rovnice

17 Rozptyl světla v atmosféře

18 Modré nebe - shrnutí

19 Zelený záblesk

20 Zvětšení při spodním zrcadlení
Paprsek vstupující do oka pod úhlem -5 přináší v důsledku lomu informaci o předmětu z místa ležícího nad paprsky -3 a -4. Dochází tedy k inverznímu zobrazení spojenému se zvětšením invertovaného obrazu.

21 Západ slunce se spodním zrcadlením
- zelený záblesk

22 Halové jevy

23 Hlavní halové jevy Hlavní halové jevy
malé halo 22o velké halo 46o horizontální kruh halový sloup parhelia (boční slunce malého hala) Lowitzovy oblouky paranthelia 120o dolní a horní dotykový oblouk Parryho oblouk dotykové oblouky velkého hala antihelium (protislunce na zadní straně horizontálního kruhu) cirkumzenitální oblouk Hlavní halové jevy odraz a lom na ledových krystalcích

24 Horní a dolní sloup Horní sloup Dolní sloup

25 Horní a dolní sloup

26 Malé a velké halo Malé halo Velké halo

27 Malé a velké halo

28 22 Degree Halo – Danson Festival
22 Deg Halo - Solar Observing Day

29 Parhelium –vedlejší slunce
Vznikají lomem paprsků, které procházejí bočními stěnami krystalků ve tvaru destiček

30 spodní slunce odraz na ledových krystalcích

31 Příčiny polarizace halových jevů
Fresnelovy vztahy – různá intenzita odraženého a tím i procházejícího světla pro obě složky lineární polarizace Dvojlom – lomené paprsky vycházejí z ledu prostorově oddělené s navzájem kolmou polarizací

32 Polarizační distribuce 22 hala a parhelia
I1 intenzita světla polarizovaného v rovině rozptylu I2 intenzita světla polarizovaného kolmo k rovině rozptylu Ipol = I1 - I2 G.P.Können, J.Opt.Soc.Am. 73, (1983) 1629

33 Horní a dolní dotykový oblouk
                                                                      dolní dotykový oblouk Horní dotykový oblouk horní dotykový oblouk

34 Cirkumzenitální oblouk
                                                            orientované ploché krystaly