ΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΠΟΥ ΜΑΣ ΕΝΤΥΠΩΣΙΑΣΕ ΚΑΙ Η ΦΥΣΙΚΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ
 |
| Ηλιοβασίλεμα στη Ν. Κηφισιά (Τ. Γεωργιάδου) |
ΟΙ ΨΕΥΔΑΙΣΘΗΣΕΙΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ
Με τις διαστημικές τεχνολογίες παρατήρησης μπορέσαμε να μελετήσουμε το πλανήτη μας από τροχιές έξω από την ατμόσφαιρα της γης ή έστω από τα ανώτερα στρώματα αυτής. Τα αναρίθμητα δεδομένα που αποκτήσαμε όλα αυτά τα χρόνια για τη γη και την ατμόσφαιρα της, μας βοήθησαν να ερμηνεύσουμε πληρέστερα τη δημιουργία πολλών φαινομένων που συμβαίνουν στο πλανήτη. Μια ιδιαίτερη κατηγορία των φαινομένων αυτών είναι τα φωτομετέωρα τα οποία πρώτοι οι αρχαίοι Έλληνες φιλόσοφοι μελέτησαν χωρίς θρησκευτικές προκαταλήψεις και προσπάθησαν να αποδώσουν σε φυσικά αίτια τη δημιουργία τους. Ο Αριστοτέλης αρχίζοντας με τη γνωστή ρήση «Πολλά Τα Φάσματα εν τω Ουρανώ» αναφέρεται στα περισσότερα φωτομετέωρα που παρατηρούμε σήμερα. Στα φωτομετέωρα μπορούμε να περιλάβουμε όλα τα οπτικά φαινόμενα που παρατηρούμε στον ουρανό από την επιφάνεια της γης είτε πρόκειται για χρωματισμούς του ουρανού και των νεφών, είτε για «οπτικές ψευδαισθήσεις». Σήμερα θα αναφερθούμε σε οπτικά φαινόμενα που παρατηρούμε στη κατώτερη ατμόσφαιρα (τροπόσφαιρα)
Μια βασική ιδιότητα του ορατού φωτός είναι η διάσπαση του στα χρώματα που βλέπουμε στο ουράνιο τόξο που η σύνθεση τους μας δίνει το λευκό χρώμα που βλέπουμε. Όλοι θυμόμαστε το πείραμα του Νεύτωνα με το πρίσμα που διαχώρισε το ορατό φως στα χρώματα της ίριδας αποδεικνύοντας πειραματικά τη παρατήρηση του Αριστοτέλη «Πράγματι, ένα ασθενές φως, που διαφαίνεται μέσα από ένα πυκνότερο αέρα, και ο αέρας, που λειτουργεί ως καθρέπτης, παράγουν κάθε είδους χρώματα, κυρίως το έντονο κόκκινο ή το πορφυρό, επειδή αυτές οι αποχρώσεις εμφανίζονται κυρίως όταν αναμειγνύονται το χρώμα της φωτιάς και το λευκό, όπως συμβαίνει με τα άστρα τα οποία κατά την ανατολή και τη δύση τους όταν κάνει πολύ ζέστη ή τα δούμε μέσα από καπνό φαίνονται έντονα κόκκινα: Μετεωρολογικά 1- Έκδοση Κάκτος».
Με τις διαστημικές τεχνολογίες παρατήρησης μπορέσαμε να μελετήσουμε το πλανήτη μας από τροχιές έξω από την ατμόσφαιρα της γης ή έστω από τα ανώτερα στρώματα αυτής. Τα αναρίθμητα δεδομένα που αποκτήσαμε όλα αυτά τα χρόνια για τη γη και την ατμόσφαιρα της, μας βοήθησαν να ερμηνεύσουμε πληρέστερα τη δημιουργία πολλών φαινομένων που συμβαίνουν στο πλανήτη. Μια ιδιαίτερη κατηγορία των φαινομένων αυτών είναι τα φωτομετέωρα τα οποία πρώτοι οι αρχαίοι Έλληνες φιλόσοφοι μελέτησαν χωρίς θρησκευτικές προκαταλήψεις και προσπάθησαν να αποδώσουν σε φυσικά αίτια τη δημιουργία τους. Ο Αριστοτέλης αρχίζοντας με τη γνωστή ρήση «Πολλά Τα Φάσματα εν τω Ουρανώ» αναφέρεται στα περισσότερα φωτομετέωρα που παρατηρούμε σήμερα. Στα φωτομετέωρα μπορούμε να περιλάβουμε όλα τα οπτικά φαινόμενα που παρατηρούμε στον ουρανό από την επιφάνεια της γης είτε πρόκειται για χρωματισμούς του ουρανού και των νεφών, είτε για «οπτικές ψευδαισθήσεις». Σήμερα θα αναφερθούμε σε οπτικά φαινόμενα που παρατηρούμε στη κατώτερη ατμόσφαιρα (τροπόσφαιρα)
Μια βασική ιδιότητα του ορατού φωτός είναι η διάσπαση του στα χρώματα που βλέπουμε στο ουράνιο τόξο που η σύνθεση τους μας δίνει το λευκό χρώμα που βλέπουμε. Όλοι θυμόμαστε το πείραμα του Νεύτωνα με το πρίσμα που διαχώρισε το ορατό φως στα χρώματα της ίριδας αποδεικνύοντας πειραματικά τη παρατήρηση του Αριστοτέλη «Πράγματι, ένα ασθενές φως, που διαφαίνεται μέσα από ένα πυκνότερο αέρα, και ο αέρας, που λειτουργεί ως καθρέπτης, παράγουν κάθε είδους χρώματα, κυρίως το έντονο κόκκινο ή το πορφυρό, επειδή αυτές οι αποχρώσεις εμφανίζονται κυρίως όταν αναμειγνύονται το χρώμα της φωτιάς και το λευκό, όπως συμβαίνει με τα άστρα τα οποία κατά την ανατολή και τη δύση τους όταν κάνει πολύ ζέστη ή τα δούμε μέσα από καπνό φαίνονται έντονα κόκκινα: Μετεωρολογικά 1- Έκδοση Κάκτος».
Υπάρχουν όμως και πιο πολύπλοκες ιδιότητας του ορατού φωτός που αφορούν την αλληλεπίδραση του με τους υδρατμούς της ατμόσφαιρας, τις υδροσταγόνες των νεφών, τους παγοκρυστάλλους και τα σωματίδια πάγου διαφόρων σχημάτων και μεγεθών καθώς και με τα στερεά σωματίδια ή τα aerosols που βρίσκονται στην ατμόσφαιρα. Οι αλληλεπιδράσεις του φωτός στην ατμόσφαιρα δημιουργούν τους χρωματισμούς στον ουρανό και στα νέφη αλλά και ένα αριθμό ποικιλόχρωμων οπτικών φαινομένων που ονομάζονται φωτομετέωρα. Ό,τι βλέπουμε με τα μάτια μας γύρω μας είναι αποτέλεσμα ενός αριθμού φυσικών διαδικασιών οι κυριότερες των οποίων είναι η απορρόφηση, η εκπομπή, η διάθλαση, η ανάκλαση και η διάχυση (ή σκέδαση) του φωτός.
Όταν παρατηρούμε τον ουρανό ή τα νέφη ουσιαστικά βλέπουμε το διάχυτο και το ανακλώμενο φως που έρχεται στα μάτια μας από αυτά. Η φύση γύρω μας, οι υδάτινες επιφάνειες, οι ανθρώπινες κατασκευές γίνονται ορατές μέσω των οπτικών αυτών φαινομένων. Η διάχυση του ορατού φωτός που προκαλούν τα μόρια του αζώτου και του οξυγόνου είναι η αιτία που βλέπουμε τον ουρανό γαλάζιο. Τα μόρια αυτά διαχέουν όλο το ορατό φως αλλά η διάχυση αυτή είναι εντονότερη όσο πιο μικρό είναι το μήκος κύματος των χρωμάτων που συνθέτουν το ορατό φως. Τα χρώματα με το μικρότερο μήκος κύματος είναι το ιώδες και το γαλάζιο με το δεύτερο όμως να βρίσκεται σε πολύ μεγαλύτερη ποσότητα στην ατμόσφαιρα από το πρώτο που απορροφάται σημαντικά στα ανώτερα ατμοσφαιρικά στρώματα. Το φαινόμενο της διάχυσης μαζί με την μεγαλύτερη ευαισθησία που έχουν τα μάτια μας στο γαλάζιο παρά στο ιώδες χρώμα μας κάνει όλους να αντιλαμβανόμαστε τον ουρανό γαλάζιο από πάνω μας.
Όταν παρατηρούμε τον ουρανό ή τα νέφη ουσιαστικά βλέπουμε το διάχυτο και το ανακλώμενο φως που έρχεται στα μάτια μας από αυτά. Η φύση γύρω μας, οι υδάτινες επιφάνειες, οι ανθρώπινες κατασκευές γίνονται ορατές μέσω των οπτικών αυτών φαινομένων. Η διάχυση του ορατού φωτός που προκαλούν τα μόρια του αζώτου και του οξυγόνου είναι η αιτία που βλέπουμε τον ουρανό γαλάζιο. Τα μόρια αυτά διαχέουν όλο το ορατό φως αλλά η διάχυση αυτή είναι εντονότερη όσο πιο μικρό είναι το μήκος κύματος των χρωμάτων που συνθέτουν το ορατό φως. Τα χρώματα με το μικρότερο μήκος κύματος είναι το ιώδες και το γαλάζιο με το δεύτερο όμως να βρίσκεται σε πολύ μεγαλύτερη ποσότητα στην ατμόσφαιρα από το πρώτο που απορροφάται σημαντικά στα ανώτερα ατμοσφαιρικά στρώματα. Το φαινόμενο της διάχυσης μαζί με την μεγαλύτερη ευαισθησία που έχουν τα μάτια μας στο γαλάζιο παρά στο ιώδες χρώμα μας κάνει όλους να αντιλαμβανόμαστε τον ουρανό γαλάζιο από πάνω μας.
 |
| Ο ουρανός από το Δάσος Συγγρού (Κ.Καμπούρη) |
Εάν όμως κατά τη διάρκεια της ημέρας παρατηρήσουμε τον ουρανό σε χαμηλό ύψος λίγο πάνω από τον ορίζοντα ολόγυρα μας, διακρίνουμε ότι το έντονο γαλάζιο χρώμα που χαρακτηρίζει τον ουρανό από πάνω μας να αντικαθίσταται από ένα γαλακτερό γαλάζιο χρώμα χαμηλά στον οπτικό μας ορίζοντα. Η αλλαγή αυτή του χρώματος του ουρανού που βλέπουμε οφείλεται στην ύπαρξη μεγάλου αριθμού στερεών σωματιδίων και αεροζόλ στα χαμηλά στρώματα της ατμόσφαιρας μέσω των οποίων διέρχεται το φως που συλλαμβάνει το μάτι μας όταν παρατηρούμε χαμηλά στον ορίζοντα. Τα ατμοσφαιρικά αυτά στοιχεία προκαλούν μια σχετικά ομοιόμορφη διάχυση όλων των χρωμάτων η οποία φτάνει στα μάτια μας σαν «άσπρισμα» του ουρανού.
Ο περίφημος γαλανός αττικός ουρανός σε ημέρες με υψηλή συγκέντρωση σωματιδίων και κατάλληλες ατμοσφαιρικές συνθήκες εμφανίζει το «νέφος των Αθηνών». Τότε ο ουρανός δεν φαίνεται λαμπερός και γαλάζιος αλλά έχει ένα μουντό, γαλάζιο-γκρι αποχρώσεων χρώμα. Το «νέφος των Αθηνών» αποτελεί βασική παρέμβαση των κατοίκων της «αττικής γης» στο Περιβάλλον, τόσο έντονη, που μεταξύ άλλων διαμορφώνει και το χρώμα του ουρανού που βλέπουμε. Η διάχυση του φωτός ερμηνεύει και τους κίτρινο-πορτοκαλο-κόκκινους χρωματισμούς της ανατολής και της δύσης του ηλίου αφού όταν ο ήλιος βρίσκεται πολύ χαμηλά στον ορίζοντα οι ηλιακές ακτίνες του ορατού φωτός υποχρεούνται διέρχονται από μεγαλύτερο πάχος της ατμόσφαιρας για να έρθουν στα μάτια μας.
Περισσότερη ατμόσφαιρα σημαίνει πρακτικά περισσότερη διάχυση του γαλάζιου και του ιώδους φωτός μακριά από τον οπτικό μας άξονα, με αποτέλεσμα όλο το γαλάζιο και το ιώδες φως να εξαφανίζονται από τον οπτικό μας άξονα ενώ τα άλλα χρώματα συνεχίζουν τη διαδρομή μέχρι τα μάτια μας. Όταν ο ήλιος βρίσκεται ακριβώς στον ορίζοντα τις στιγμές δηλαδή που αρχίζει να ανατέλλει ή να δύει ο ηλιακός δίσκος φαίνεται κόκκινος αφού με τη μέγιστη διαδρομή που κάνει το ορατό φως να φτάσει στα μάτια μας διαχέονται όλα τα χρώματα από το οπτικό μας πεδίο και παραμένει μόνο το κόκκινο που έχει και το μεγαλύτερο μήκος κύματος από το ορατό φως. Ενώ η διάχυση (σκέδαση) είναι η επικρατούσα φυσική διεργασία για το χρώμα του ουρανού, στη θάλασσα η ανάκλαση του γαλάζιου χρώματος του ημερήσιου ουρανού στην επιφάνεια της μας μεταφέρει το βαθύ γαλάζιο (Μπλε) χρώμα που όλοι βλέπουμε.
Σχεδόν καθημερινά παρατηρούμε εναλλαγές στους χρωματισμούς των νεφών. Τις περισσότερες φορές μας φαίνονται λευκά αφού οι μικρές υδροσταγόνες και οι παγοκρύσταλλοι που τα αποτελούν αντανακλούν πολύ έντονα το ορατό φως το οποίο θεωρείται από τα μάτια μας λευκό όπως η σύνθεση όλων των χρωμάτων του ουράνιου τόξου. Βλέπουμε όμως και νέφη που εμφανίζουν έντονες αποχρώσεις του γκρι που ενίοτε στα καταιγιδοφόρα νέφη είναι πολύ σκούρες σε σημείο που να σκοτεινιάζει όλος ο ουρανός. Το οπτικό αυτό φαινόμενο συμβαίνει για δύο κυρίως λόγους. Ο πρώτος είναι η σκίαση της ατμόσφαιρας από τα νέφη αφού δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι βρισκόμαστε στην επιφάνεια της γης και τα νέφη εμποδίζουν το φως από την ανώτερη ατμόσφαιρα να φτάσει στα μάτια μας δημιουργώντας σκιές όπως δημιουργεί και ένα δέντρο ή ένα κτίριο όταν φωτίζονται από μια φωτεινή πηγή. Ποτέ δεν βλέπουμε σκούρα νέφη όταν τα παρατηρούμε από ένα αεροπλάνο που πετάει πάνω από αυτά. Όλα είναι λαμπερά λευκά. Ο δεύτερος λόγος είναι η έντονη απορρόφηση του ηλιακού φωτός από μεγάλες σε μέγεθος υδροσταγόνες βροχής που σχηματίζονται στα καταιγιδοφόρα νέφη με αποτέλεσμα το φως που φτάνει στα μάτια μας να είναι σκούρο γκρι (αντίστοιχη έντονη απορρόφηση του φωτός παρατηρείται όταν ρίχνουμε το φως ενός φακού σε μια σκούρα επιφάνεια).
Εκτός όμως από τη διαφορετικότητα των χρωματισμών που βλέπουμε στον ουρανό είμαστε πολλές φορές μάρτυρες ιδιαίτερων οπτικών φαινομένων. Όλοι έχουμε βρεθεί να οδηγούμε ένα καλοκαίρι με μεγάλη ζέστη σε ένα επαρχιακό δρόμο όταν ξαφνικά σε μια μεγάλη ευθεία παρατηρούμε, πάνω στη θερμή άσφαλτο μπροστά μας, ένα βρεγμένο οδόστρωμα. Το νερό φαίνεται κοντά μας αλλά όσο το πλησιάζουμε μετατοπίζεται μακρύτερα. Όλοι έχουμε παρατηρήσει το οπτικό φαινόμενο του αντικατοπτρισμού. Με τον αντικατοπτρισμό η εικόνα ενός αντικειμένου εμφανίζεται σε διαφορετική περιοχή από αυτή που βρίσκεται στη πραγματικότητα. Ο αντικατοπτρισμός δεν είναι οφθαλμαπάτη παρόλο ότι αυτού του είδους τα οπτικά φαινόμενα διεθνώς αποκαλούνται “Terrestrial Mirage” αλλά οπτικό φαινόμενο που συμβαίνει με βάση τους φυσικούς νόμους της ατμοσφαιρικής οπτικής και συγκεκριμένα της διάθλασης των ακτινών του ορατού φωτός όταν αυτές υποχρεούνται να περάσουν μέσα από ατμοσφαιρικά στρώματα διαφορετικής πυκνότητας και θερμοκρασίας. Λόγω της διάθλασης του ορατού φωτός τα καραβάνια στην έρημο εξαπατώνται όπως και εμείς όταν οδηγούμε σε μια πολύ θερμή άσφαλτο. Τότε αντιλαμβανόμαστε «σαν υδάτινη επιφάνεια» τις ακτίνες του φωτός του γαλάζιου ουρανού και των νεφών που είναι πάνω από τα κεφάλια μας, που διαθλώμενες λόγω των μεγάλων διαφορών στη θερμοκρασία (και στη πυκνότητα) του στρώματος του ατμοσφαιρικού αέρα που είναι στην άμεση επαφή με τη πολύ θερμή επιφάνεια του εδάφους με το αμέσως υψηλότερο ατμοσφαιρικό στρώμα, καμπυλώνονται προς τα πάνω και καταλήγουν στο πεδίο όρασης μας.
Ο αντικατοπτρισμός που βλέπουμε στο δρόμο ή στην έρημο ονομάζεται «κατώτερος αντικατοπτρισμός» αφού το είδωλο εμφανίζεται κάτω από το πραγματικό αντικείμενο (ουρανός και νέφη) και παρατηρείται μόνο όταν δεν υπάρχουν ισχυροί επιφανειακοί άνεμοι που αναμειγνύουν τα στρώματα του ατμοσφαιρικού αέρα κοντά στην επιφάνεια του εδάφους και δεν επιτρέπουν τη δημιουργία ατμοσφαιρικών στρωμάτων διαφορετικών θερμοκρασιών. Η ανακλαστικότητα της επιφάνειας του εδάφους παίζει επίσης σημαντικό ρόλο και για το λόγο αυτό δεν μπορούμε να δούμε ένα φαινόμενο αντικατοπτρισμού πάνω σε ένα χλοοτάπητα ποδοσφαίρου ή σε άλλες επιφάνειες με χαμηλή ανακλαστικότητα .
Υπάρχει όμως και ο “ανώτερος αντικατοπτρισμός” που παρατηρείται πάνω από μια ήρεμη θάλασσα ή λίμνη ή πάνω από επίπεδες επιφάνειες πάγου στο Βόρειο και Νότιο Πόλο. Στον ανώτερο αντικατοπτρισμό ο ατμοσφαιρικός αέρας που βρίσκεται σε επαφή με μια επιφάνεια νερού ή πάγου είναι πολύ ψυχρότερος του αμέσως υψηλότερου στρώματος ατμοσφαιρικού αέρα. Με την έντονη αυτή θερμοκρασιακή αναστροφή οι ακτίνες του φωτός καμπυλώνονται προς τα κάτω και η εικόνα της συγκεκριμένης επιφάνειας (θάλασσα ή πάγος) φαίνεται σε εμάς επιμηκυμένη και υπερυψωμένη πάνω από τη θέση της πραγματικής επιφάνειας. Ο θαλάσσιος αντικατοπτρισμός ονομάζεται διεθνώς Fata morgana και συνήθως παρατηρείται το πρωί μετά από μια ψυχρή νύκτα. Σαν φαινόμενο η Fata Morgana είχε παρατηρηθεί από τους ¨Έλληνες διανοητές (Αναφορά του Ιστορικού Διόδωρου από τη Σικελία 1ο αιώνας Π.Χ. ) και από πολλούς λόγιους ευρωπαίους τους επόμενους αιώνες. Το φαινόμενο εμφανίζεται αρκετά συχνά στο στενό της Μεσσίνας μεταξύ Σικελίας και Καλαβρίας.
Το ουράνιο τόξο είναι από τα πιο γνωστά φωτομετέωρα και δημιουργείται όταν το ηλιακό φως ανακλάται από τη πίσω επιφάνεια μιας σταγόνας βροχής ενώ ταυτόχρονα διαθλάται καθώς περνά από μέσα της. Η επικρατούσα διεθνώς ονομασία για τα ουράνια τόξα είναι Rainbows (τόξα της βροχής) στα οποία βέβαια συμπεριλαμβάνονται εκτός από το γνωστό σε όλους μας ουράνιο τόξο και άλλα τόξα που δημιουργούνται στην ατμόσφαιρα όπως αυτά που δημιουργούνται πάνω από θαλάσσιες επιφάνειες από σταγόνες αλατούχων αεροζόλ ή πάνω από λίμνες από υδροσταγόνες που παρασύρονται από ισχυρούς επιφανειακούς ανέμους.
Με το γενικότερο όρο Άλως αναφερόμαστε στα οπτικά ατμοσφαιρικά φαινόμενα που έχουν το σχήμα κύκλου γύρω από τη φωτεινή πηγή σαν αποτέλεσμα διάθλασης και ανάκλασης του φωτός σε πολυγωνικούς παγοκρυστάλλους που βρίσκονται στην ατμόσφαιρα και σχηματίζουν υψηλά νέφη. Έντονα φαινόμενα της Άλως εμφανίζονται όταν παρατηρούμε τον ήλιο ή τη σελήνη μέσα από ένα νεφοσκεπή ουρανό από υψηλά νέφη των τύπων Cirrus και Cirrostratus. Τα υψηλά νέφη Cirrus, Cirrostratus και Cirrocumulus σχηματίζονται στα μέσα γεωγραφικά πλάτη σε ύψος 6 – 8 km από την επιφάνεια της γης, συντίθενται από παγοκρυστάλλους και έχουν ένα υπόλευκο χρώμα. Στην Ελληνική ορολογία αποκαλούνται Θύσανοι, Θυσανοστρώματα, Θυσανοσωρείτες και προκαλούν συνήθως τα φαινόμενα της άλως ή τους πυλώνες.
Τα φαινόμενα της άλω είναι αρκετά συνηθισμένα και εμφανίζονται σε διάφορα μεγέθη από τα οποία το πλέον σύνηθες είναι η άλως των 22 μοιρών (η νοητή οπτική γωνία που ένας παρατηρητής σχηματίζει με πλευρές τον άξονα που κατευθύνεται στη φωτεινή πηγή (ήλιος ή σελήνη) και τον άξονα που κατευθύνεται στο κύκλο της άλως). Με τον όρο παρήλιο ή παρασελήνιο αναφερόμαστε σε οπτικά είδωλα του ηλίου ή της σελήνης (εμφανίζονται πολύ σπάνια) που παρατηρούνται ταυτόχρονα με το φαινόμενο της άλως και οφείλονται στα ίδια οπτικά φαινόμενα.
Οι Πυλώνες εμφανίζονται στην ατμόσφαιρα σαν κατακόρυφες δέσμες φωτός που δημιουργούνται από την ανάκλαση του ορατού φωτός σε επίπεδους παγοκρυστάλλους που βρίσκονται στις περιοχές σχηματισμού υψηλών νεφών (κυρίως νέφη τύπου cirrostratus). Η ανάκλαση του ορατού φωτός από τα δισεκατομμύρια παγοκρυστάλλων που κατέρχονται τηκόμενοι προς την επιφάνεια της γης δημιουργεί μια έντονη κατακόρυφη λάμψη που εμφανίζεται σε περιόδους χαμηλών ατμοσφαιρικών θερμοκρασιών στην ανατολή ή την δύση του ηλίου , με ένα γεμάτο φεγγάρι ή ακόμα από μια έντονη τεχνητή φωτεινή πηγή στην επιφάνεια της γης.
Η πράσινη λάμψη είναι ένα από τα πιο σπάνια οπτικά ατμοσφαιρικά φαινόμενα που οφείλεται στη διάθλαση του ορατού φωτός και εμφανίζεται στην ανατολή ή τη δύση του ηλίου. Με τις κατάλληλες ατμοσφαιρικές συνθήκες (θερμοκρασιακή αναστροφή, αυξημένη υγρασία σε χαμηλά στρώματα της ατμόσφαιρας) το οπτικό φως διέρχεται μέσα από ατμοσφαιρικά στρώματα διαφορετικής πυκνότητας τα οποία δημιουργούν μεγαλύτερη καμπυλότητα στις υψηλότερες συχνότητες του ορατού φωτός (πράσινο και μπλε) από ότι στις χαμηλότερες συχνότητες (κόκκινο-πορτοκαλί) με αποτέλεσμα η καμπυλότητα της γης να αποκρύπτει σε ένα παρατηρητή το ορατό φως χαμηλότερων συχνοτήτων για ένα εξαιρετικά μικρό χρονικό διάστημα (δευτερόλεπτα). Σε πολύ πιο σπάνιες περιπτώσεις έχει παρατηρηθεί «Μπλε Λάμψη».
Ένα σχετικά σπάνιο οπτικό φαινόμενο της ατμόσφαιρας είναι η εμφάνιση νεφών με διαφορετικούς χρωματισμούς, που ονομάζονται Ιριδίζοντα Νέφη. Το φαινόμενο αυτό συμβαίνει σε νέφη που σχηματίζονται από μικρές και ομοιόμορφες υδροσταγόνες και παρουσιάζουν φακοειδές σχήμα. Όταν ο ήλιος βρίσκεται στη κατάλληλη θέση σε ένα σχετικά νεφελώδη ουρανό τα λεπτά φακοειδή νέφη προκαλούν περίθλαση του ηλιακού φωτός και τα διαφορετικά χρώματα που συνθέτουν το ορατό φως διαθλούνται και εκτρέπονται σε διαφορετικές ποσότητες. Ένας παρατηρητής στην επιφάνεια της γης λαμβάνει στο οπτικό του πεδίο διαφορετικές αποχρώσεις από διαφορετικές περιοχές του ιδίου νέφους. Οι κυματισμοί αυτοί των αποχρώσεων των νεφών μεταβάλλονται συνεχώς σε συνάρτηση με την εξέλιξη και την κίνηση τους. Η διεθνής ονομασία των νεφών αυτών προήλθε από την ελληνική λέξη ίρις που αφορά τα ουράνια τόξα.
Ο περίφημος γαλανός αττικός ουρανός σε ημέρες με υψηλή συγκέντρωση σωματιδίων και κατάλληλες ατμοσφαιρικές συνθήκες εμφανίζει το «νέφος των Αθηνών». Τότε ο ουρανός δεν φαίνεται λαμπερός και γαλάζιος αλλά έχει ένα μουντό, γαλάζιο-γκρι αποχρώσεων χρώμα. Το «νέφος των Αθηνών» αποτελεί βασική παρέμβαση των κατοίκων της «αττικής γης» στο Περιβάλλον, τόσο έντονη, που μεταξύ άλλων διαμορφώνει και το χρώμα του ουρανού που βλέπουμε. Η διάχυση του φωτός ερμηνεύει και τους κίτρινο-πορτοκαλο-κόκκινους χρωματισμούς της ανατολής και της δύσης του ηλίου αφού όταν ο ήλιος βρίσκεται πολύ χαμηλά στον ορίζοντα οι ηλιακές ακτίνες του ορατού φωτός υποχρεούνται διέρχονται από μεγαλύτερο πάχος της ατμόσφαιρας για να έρθουν στα μάτια μας.
Περισσότερη ατμόσφαιρα σημαίνει πρακτικά περισσότερη διάχυση του γαλάζιου και του ιώδους φωτός μακριά από τον οπτικό μας άξονα, με αποτέλεσμα όλο το γαλάζιο και το ιώδες φως να εξαφανίζονται από τον οπτικό μας άξονα ενώ τα άλλα χρώματα συνεχίζουν τη διαδρομή μέχρι τα μάτια μας. Όταν ο ήλιος βρίσκεται ακριβώς στον ορίζοντα τις στιγμές δηλαδή που αρχίζει να ανατέλλει ή να δύει ο ηλιακός δίσκος φαίνεται κόκκινος αφού με τη μέγιστη διαδρομή που κάνει το ορατό φως να φτάσει στα μάτια μας διαχέονται όλα τα χρώματα από το οπτικό μας πεδίο και παραμένει μόνο το κόκκινο που έχει και το μεγαλύτερο μήκος κύματος από το ορατό φως. Ενώ η διάχυση (σκέδαση) είναι η επικρατούσα φυσική διεργασία για το χρώμα του ουρανού, στη θάλασσα η ανάκλαση του γαλάζιου χρώματος του ημερήσιου ουρανού στην επιφάνεια της μας μεταφέρει το βαθύ γαλάζιο (Μπλε) χρώμα που όλοι βλέπουμε.
Σχεδόν καθημερινά παρατηρούμε εναλλαγές στους χρωματισμούς των νεφών. Τις περισσότερες φορές μας φαίνονται λευκά αφού οι μικρές υδροσταγόνες και οι παγοκρύσταλλοι που τα αποτελούν αντανακλούν πολύ έντονα το ορατό φως το οποίο θεωρείται από τα μάτια μας λευκό όπως η σύνθεση όλων των χρωμάτων του ουράνιου τόξου. Βλέπουμε όμως και νέφη που εμφανίζουν έντονες αποχρώσεις του γκρι που ενίοτε στα καταιγιδοφόρα νέφη είναι πολύ σκούρες σε σημείο που να σκοτεινιάζει όλος ο ουρανός. Το οπτικό αυτό φαινόμενο συμβαίνει για δύο κυρίως λόγους. Ο πρώτος είναι η σκίαση της ατμόσφαιρας από τα νέφη αφού δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι βρισκόμαστε στην επιφάνεια της γης και τα νέφη εμποδίζουν το φως από την ανώτερη ατμόσφαιρα να φτάσει στα μάτια μας δημιουργώντας σκιές όπως δημιουργεί και ένα δέντρο ή ένα κτίριο όταν φωτίζονται από μια φωτεινή πηγή. Ποτέ δεν βλέπουμε σκούρα νέφη όταν τα παρατηρούμε από ένα αεροπλάνο που πετάει πάνω από αυτά. Όλα είναι λαμπερά λευκά. Ο δεύτερος λόγος είναι η έντονη απορρόφηση του ηλιακού φωτός από μεγάλες σε μέγεθος υδροσταγόνες βροχής που σχηματίζονται στα καταιγιδοφόρα νέφη με αποτέλεσμα το φως που φτάνει στα μάτια μας να είναι σκούρο γκρι (αντίστοιχη έντονη απορρόφηση του φωτός παρατηρείται όταν ρίχνουμε το φως ενός φακού σε μια σκούρα επιφάνεια).
Εκτός όμως από τη διαφορετικότητα των χρωματισμών που βλέπουμε στον ουρανό είμαστε πολλές φορές μάρτυρες ιδιαίτερων οπτικών φαινομένων. Όλοι έχουμε βρεθεί να οδηγούμε ένα καλοκαίρι με μεγάλη ζέστη σε ένα επαρχιακό δρόμο όταν ξαφνικά σε μια μεγάλη ευθεία παρατηρούμε, πάνω στη θερμή άσφαλτο μπροστά μας, ένα βρεγμένο οδόστρωμα. Το νερό φαίνεται κοντά μας αλλά όσο το πλησιάζουμε μετατοπίζεται μακρύτερα. Όλοι έχουμε παρατηρήσει το οπτικό φαινόμενο του αντικατοπτρισμού. Με τον αντικατοπτρισμό η εικόνα ενός αντικειμένου εμφανίζεται σε διαφορετική περιοχή από αυτή που βρίσκεται στη πραγματικότητα. Ο αντικατοπτρισμός δεν είναι οφθαλμαπάτη παρόλο ότι αυτού του είδους τα οπτικά φαινόμενα διεθνώς αποκαλούνται “Terrestrial Mirage” αλλά οπτικό φαινόμενο που συμβαίνει με βάση τους φυσικούς νόμους της ατμοσφαιρικής οπτικής και συγκεκριμένα της διάθλασης των ακτινών του ορατού φωτός όταν αυτές υποχρεούνται να περάσουν μέσα από ατμοσφαιρικά στρώματα διαφορετικής πυκνότητας και θερμοκρασίας. Λόγω της διάθλασης του ορατού φωτός τα καραβάνια στην έρημο εξαπατώνται όπως και εμείς όταν οδηγούμε σε μια πολύ θερμή άσφαλτο. Τότε αντιλαμβανόμαστε «σαν υδάτινη επιφάνεια» τις ακτίνες του φωτός του γαλάζιου ουρανού και των νεφών που είναι πάνω από τα κεφάλια μας, που διαθλώμενες λόγω των μεγάλων διαφορών στη θερμοκρασία (και στη πυκνότητα) του στρώματος του ατμοσφαιρικού αέρα που είναι στην άμεση επαφή με τη πολύ θερμή επιφάνεια του εδάφους με το αμέσως υψηλότερο ατμοσφαιρικό στρώμα, καμπυλώνονται προς τα πάνω και καταλήγουν στο πεδίο όρασης μας.
Ο αντικατοπτρισμός που βλέπουμε στο δρόμο ή στην έρημο ονομάζεται «κατώτερος αντικατοπτρισμός» αφού το είδωλο εμφανίζεται κάτω από το πραγματικό αντικείμενο (ουρανός και νέφη) και παρατηρείται μόνο όταν δεν υπάρχουν ισχυροί επιφανειακοί άνεμοι που αναμειγνύουν τα στρώματα του ατμοσφαιρικού αέρα κοντά στην επιφάνεια του εδάφους και δεν επιτρέπουν τη δημιουργία ατμοσφαιρικών στρωμάτων διαφορετικών θερμοκρασιών. Η ανακλαστικότητα της επιφάνειας του εδάφους παίζει επίσης σημαντικό ρόλο και για το λόγο αυτό δεν μπορούμε να δούμε ένα φαινόμενο αντικατοπτρισμού πάνω σε ένα χλοοτάπητα ποδοσφαίρου ή σε άλλες επιφάνειες με χαμηλή ανακλαστικότητα .
Υπάρχει όμως και ο “ανώτερος αντικατοπτρισμός” που παρατηρείται πάνω από μια ήρεμη θάλασσα ή λίμνη ή πάνω από επίπεδες επιφάνειες πάγου στο Βόρειο και Νότιο Πόλο. Στον ανώτερο αντικατοπτρισμό ο ατμοσφαιρικός αέρας που βρίσκεται σε επαφή με μια επιφάνεια νερού ή πάγου είναι πολύ ψυχρότερος του αμέσως υψηλότερου στρώματος ατμοσφαιρικού αέρα. Με την έντονη αυτή θερμοκρασιακή αναστροφή οι ακτίνες του φωτός καμπυλώνονται προς τα κάτω και η εικόνα της συγκεκριμένης επιφάνειας (θάλασσα ή πάγος) φαίνεται σε εμάς επιμηκυμένη και υπερυψωμένη πάνω από τη θέση της πραγματικής επιφάνειας. Ο θαλάσσιος αντικατοπτρισμός ονομάζεται διεθνώς Fata morgana και συνήθως παρατηρείται το πρωί μετά από μια ψυχρή νύκτα. Σαν φαινόμενο η Fata Morgana είχε παρατηρηθεί από τους ¨Έλληνες διανοητές (Αναφορά του Ιστορικού Διόδωρου από τη Σικελία 1ο αιώνας Π.Χ. ) και από πολλούς λόγιους ευρωπαίους τους επόμενους αιώνες. Το φαινόμενο εμφανίζεται αρκετά συχνά στο στενό της Μεσσίνας μεταξύ Σικελίας και Καλαβρίας.
Το ουράνιο τόξο είναι από τα πιο γνωστά φωτομετέωρα και δημιουργείται όταν το ηλιακό φως ανακλάται από τη πίσω επιφάνεια μιας σταγόνας βροχής ενώ ταυτόχρονα διαθλάται καθώς περνά από μέσα της. Η επικρατούσα διεθνώς ονομασία για τα ουράνια τόξα είναι Rainbows (τόξα της βροχής) στα οποία βέβαια συμπεριλαμβάνονται εκτός από το γνωστό σε όλους μας ουράνιο τόξο και άλλα τόξα που δημιουργούνται στην ατμόσφαιρα όπως αυτά που δημιουργούνται πάνω από θαλάσσιες επιφάνειες από σταγόνες αλατούχων αεροζόλ ή πάνω από λίμνες από υδροσταγόνες που παρασύρονται από ισχυρούς επιφανειακούς ανέμους.
Με το γενικότερο όρο Άλως αναφερόμαστε στα οπτικά ατμοσφαιρικά φαινόμενα που έχουν το σχήμα κύκλου γύρω από τη φωτεινή πηγή σαν αποτέλεσμα διάθλασης και ανάκλασης του φωτός σε πολυγωνικούς παγοκρυστάλλους που βρίσκονται στην ατμόσφαιρα και σχηματίζουν υψηλά νέφη. Έντονα φαινόμενα της Άλως εμφανίζονται όταν παρατηρούμε τον ήλιο ή τη σελήνη μέσα από ένα νεφοσκεπή ουρανό από υψηλά νέφη των τύπων Cirrus και Cirrostratus. Τα υψηλά νέφη Cirrus, Cirrostratus και Cirrocumulus σχηματίζονται στα μέσα γεωγραφικά πλάτη σε ύψος 6 – 8 km από την επιφάνεια της γης, συντίθενται από παγοκρυστάλλους και έχουν ένα υπόλευκο χρώμα. Στην Ελληνική ορολογία αποκαλούνται Θύσανοι, Θυσανοστρώματα, Θυσανοσωρείτες και προκαλούν συνήθως τα φαινόμενα της άλως ή τους πυλώνες.
Τα φαινόμενα της άλω είναι αρκετά συνηθισμένα και εμφανίζονται σε διάφορα μεγέθη από τα οποία το πλέον σύνηθες είναι η άλως των 22 μοιρών (η νοητή οπτική γωνία που ένας παρατηρητής σχηματίζει με πλευρές τον άξονα που κατευθύνεται στη φωτεινή πηγή (ήλιος ή σελήνη) και τον άξονα που κατευθύνεται στο κύκλο της άλως). Με τον όρο παρήλιο ή παρασελήνιο αναφερόμαστε σε οπτικά είδωλα του ηλίου ή της σελήνης (εμφανίζονται πολύ σπάνια) που παρατηρούνται ταυτόχρονα με το φαινόμενο της άλως και οφείλονται στα ίδια οπτικά φαινόμενα.
Οι Πυλώνες εμφανίζονται στην ατμόσφαιρα σαν κατακόρυφες δέσμες φωτός που δημιουργούνται από την ανάκλαση του ορατού φωτός σε επίπεδους παγοκρυστάλλους που βρίσκονται στις περιοχές σχηματισμού υψηλών νεφών (κυρίως νέφη τύπου cirrostratus). Η ανάκλαση του ορατού φωτός από τα δισεκατομμύρια παγοκρυστάλλων που κατέρχονται τηκόμενοι προς την επιφάνεια της γης δημιουργεί μια έντονη κατακόρυφη λάμψη που εμφανίζεται σε περιόδους χαμηλών ατμοσφαιρικών θερμοκρασιών στην ανατολή ή την δύση του ηλίου , με ένα γεμάτο φεγγάρι ή ακόμα από μια έντονη τεχνητή φωτεινή πηγή στην επιφάνεια της γης.
Η πράσινη λάμψη είναι ένα από τα πιο σπάνια οπτικά ατμοσφαιρικά φαινόμενα που οφείλεται στη διάθλαση του ορατού φωτός και εμφανίζεται στην ανατολή ή τη δύση του ηλίου. Με τις κατάλληλες ατμοσφαιρικές συνθήκες (θερμοκρασιακή αναστροφή, αυξημένη υγρασία σε χαμηλά στρώματα της ατμόσφαιρας) το οπτικό φως διέρχεται μέσα από ατμοσφαιρικά στρώματα διαφορετικής πυκνότητας τα οποία δημιουργούν μεγαλύτερη καμπυλότητα στις υψηλότερες συχνότητες του ορατού φωτός (πράσινο και μπλε) από ότι στις χαμηλότερες συχνότητες (κόκκινο-πορτοκαλί) με αποτέλεσμα η καμπυλότητα της γης να αποκρύπτει σε ένα παρατηρητή το ορατό φως χαμηλότερων συχνοτήτων για ένα εξαιρετικά μικρό χρονικό διάστημα (δευτερόλεπτα). Σε πολύ πιο σπάνιες περιπτώσεις έχει παρατηρηθεί «Μπλε Λάμψη».
Ένα σχετικά σπάνιο οπτικό φαινόμενο της ατμόσφαιρας είναι η εμφάνιση νεφών με διαφορετικούς χρωματισμούς, που ονομάζονται Ιριδίζοντα Νέφη. Το φαινόμενο αυτό συμβαίνει σε νέφη που σχηματίζονται από μικρές και ομοιόμορφες υδροσταγόνες και παρουσιάζουν φακοειδές σχήμα. Όταν ο ήλιος βρίσκεται στη κατάλληλη θέση σε ένα σχετικά νεφελώδη ουρανό τα λεπτά φακοειδή νέφη προκαλούν περίθλαση του ηλιακού φωτός και τα διαφορετικά χρώματα που συνθέτουν το ορατό φως διαθλούνται και εκτρέπονται σε διαφορετικές ποσότητες. Ένας παρατηρητής στην επιφάνεια της γης λαμβάνει στο οπτικό του πεδίο διαφορετικές αποχρώσεις από διαφορετικές περιοχές του ιδίου νέφους. Οι κυματισμοί αυτοί των αποχρώσεων των νεφών μεταβάλλονται συνεχώς σε συνάρτηση με την εξέλιξη και την κίνηση τους. Η διεθνής ονομασία των νεφών αυτών προήλθε από την ελληνική λέξη ίρις που αφορά τα ουράνια τόξα.
Βασίλης Κωστόπουλος
Μετεωρολόγος, Μονάδα Διαστημικών Προγραμμάτων Ερευνητικό Κέντρο «Αθηνά» / Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου