Égi tünemények

A természetben nagyon sokféle színjelenség létezik, melyek a fény törése, elhajlása, visszaverődése, szóródása által keletkeznek. A fehér színű napfény különböző színekre bontható. Az időjárási jelenségek egy része szimmetrikus képződmény, például egy gyűrű a Nap körül, vagy a Nappal átellenben. Egy részük nagyon gyakori, mások olyan ritkák, hogy talán egyszer az életben van alkalmunk megtapasztalni.

A szivárvány

A természet egyik legszebb, és legismertebb színjelensége a szivárvány. Keletkezése a fény törésére vezethető vissza. Az esőcseppek az üvegprizmához hasonlóan spektrális színeire bontják a fényt: vörösre, sárgára, zöldre, kékre és ibolyára.

Általában akkor figyelhető meg szivárvány, ha egy pontszerű fényforrásból a fény vízcseppecskékre hull. A természetben ez akkor következik be, amikor esőfüggönyre, vagy másmilyen vízcsepphalmazra (pl. vízesés cseppjeire) napfény esik. Ilyenkor a Nap a hátunk mögött, a szivárvány középpontja pedig pontosan a Nappal szemben van.

Gyakran két szivárvány is látható egyszerre, - egy belső, határozottabb (primer) szivárvány, és egy külső, halványabb (szekunder) szivárvány. A primer szivárványnál a vörös szín van belül, a kék pedig kívül. A szekunder szivárvány esetében fordítva helyezkednek el a színek, a két szivárványban a vörös színű sávok tehát egymást követik.

Primer és szekunder szivárvány
Ha a napfény vízcseppek függönyére hull, akkor megtörik,
és a fénytörés két szivárványt hoz létre - ezek közül a primer szivárvány az élénkebb,
a szekunder a gyengébb, a színek sorrendje pedig fordított.

A Hold is létrehozhat szivárványt. Egészen gyenge fényviszonyok mellett az emberi szem a színeket nem észleli, sötétben az adott objektumot ezért fekete-fehérben látjuk. A holdfény által létrehozott szivárvány számunkra ezért fehér gyűrűnek tűnik az éjszakai égbolton. Színes filmen ellenben jól láthatóak a szivárvány színei.
A Hold-szivárvány jelenségéről Friedrich Schiller ?Tell Vilmos? című darabjában olvasható egy részlet.¹

"Ja wahrlich!
Ein Regenbogen mitten in der Nacht!
Es ist das Licht des Mondes, das ihn bildet.
Das ist ein seltsam wunderbares Zeichen!
Es leben viele, die das nicht gesehen.
Es ist doppelt, seht, ein blässrer steht darüber."  

"Valóban! 
Szivárvány az éj közepén!
A Hold fénye szülte.                           
Különös, csodás jel!                       
Mennyi ember nem látja.
Nézzétek, egy sápadt gyűrű öleli körül."  

 

Érdekes, ahogy a szivárvány sápadt színéről ír a részlet, ami a gyönge fény miatti fekete-fehér szín-észlelés eredménye. A "Nézzétek, egy sápadt gyűrű öleli körül" sor pedig egészen világosan utal a szekunder szivárványra.

Két szivárvány
A képen két szivárvány látható. A (jobb oldali) színes szivárványt a telihold hozta létre,
míg az egyszínű, narancssárga szivárványt egy nátriumgőzös utcai lámpa.

A szivárvány rádiusza csak szögekben fejezhető ki, mivel a megfigyelő szemszögéből nézve csak egy "látható átmérője" van. A "mérete" hosszúsági mértékegységekkel nem adható meg, mert a "távolsága" nem mérhető meg. A belső, élénkebb primer szivárvány 40-42 fok hajlásszög alatt látszik, a külső, halványabb, szekunder szivárvány pedig 51-54 fok alatt. A szivárvány képe a fényre hulló esőcseppek miatt alakul ki; a megfigyelő helyzetváltoztatásával a szivárvány helye is változik.

Kör alakú szivárvány
A szivárvány - függetlenül attól, hogy a Nap által megvilágított eső
milyen messze van tőle - 42 fok hajlásszög alatt látszik.

Fényvisszaverődés jégkristályokról - a halojelenségek

A Napot és a Holdat olykor fehér, vagy ritkábban halványan színes gyűrű övezi, amely magas szintű, jégkristályokból álló felhőkön jelenik meg. A magas szintű felhőkben lévő jégkristályok a fény törésével, és visszaverésével hozzák létre a halot. A halo színes, vagy fehér ív, fényfolt, vagy pont, amely bizonyos feltételek bekövetkezte esetén látható az égen. Halojelenségek legtöbbször melegfront betörésekor észlelhetőek, ezért a rossz idő előfutárainak is tekinthetőek. A halojelenséget okozó jégkristályok elsősorban cirrusokban fordulnak elő. A megfigyelő a szivárvánnyal ellentétben itt közvetlenül a fényforrás felé fordulva látja a jelenséget, és a halo középpontjában maga a fényforrás áll.

A (primer) szivárvánnyal ellentétben a színek fordított sorrendben jelentkeznek, vagyis a vörös szín található az ív belső oldalán, és a kék a külsőn. A halo gyakran csupán fehér gyűrűként észlelhető a Nap vagy a Hold körül. Csak a legegyszerűbb jégkristályformák - hatszögletű lapok, vagy szálak - esetében keletkezik halo. Ezek a kristályok lassan születnek meg. Gyors jégkristályképződésnél a kristályok felülete nem elég finom. A halok leggyakoribb fajtája egy gyűrű a Nap - vagy a Hold - körül, és átmérőjét 22 fok alatt látjuk. A halonak még számos más fajtája létezik, melyek viszont elég ritkák. Összetett halojelenség akkor keletkezik, ha egyidejűleg több típusú jégkristály van a felhőben.

A történelem során feljegyeztek néhány híres, gyönyörű halojelenséget, mint például a petersburgi, 1794-ben megjelent halot, vagy a stockholmi, 1535-ös halot, amelyet a stockholmi "Storkyrke"-ban található képen örökítettek meg.

A halo különböző részei
A halojelenségeket hatszögletű jégkristályokból álló cirrusfelhők okozzák,
melyek megtörik, és visszaverik a fényt. Van, amikor más halo-részek is megjelennek,
mint például ezen a képen: egy 22 fokos halo két melléknappal (jobb és bal oldalon)
illetve egy fordított ívvel (fönt). A kép bal felső részén egy 46 fokos halo egy részlete is felismerhető.

Köd-szivárvány
Ha a megfigyelő a Napnak háttal áll, és úgy néz a ködfalra,
akkor egy fehér színű köd-szivárványt láthat, amely nagyjából kétszer olyan vastag,
mint a hagyományos szivárványok. Mivel a köd vízcseppecskéi nagyon kicsik,
létrehozzák ugyan a szivárványt a fény törése által, viszont a kis méretük következtében
a szétszórt spektrális színekből újra fehér színű fény keletkezik, amelyet
köd-szivárvány formájában észlelünk.

Álnap
Amikor egy repülőgép cirrusfelhőben repül, gyakran megfigyelhető az álnap jelensége.
Ez a jelenség a köd-szivárványhoz hasonlítható. A földről szinte sohasem látható,
mert normál esetben a horizont eltakarja.

Holdszivárvány
A holdszivárvány művészi ábrázolása, ahogy az emberi szem látja.
Mivel szemünk gyenge fényerősség mellett fekete-fehérben látja környezetünket,
a Hold által létrehozott szivárványt fehér gyűrűként észleljük.

Égi 8-as
Egy 22 fokos halo, és egy horizontális gyűrű.
A horizontális gyűrű átmérőjét a Nap zenitje határozza meg.
Amikor a Nap magasan áll, ez a gyűrű kisebb, mint alacsonyabb Nap-állásnál.
A fotó dél körül - tehát a Nap legmagasabb állásakor - készült.
Ebben a helyzetben legkisebb a horizontális gyűrű.
A 22 fokos haloval egy 8-ast alkotnak.

A fény elhajlása a vízcseppecskéken -
az aureola², a színkoszorú, a glória és az irizáló felhők

Ha egy fénysugarat egy szűk résen keresztül juttatunk át, és a rés mögött egy ernyőre vetítjük, akkor több világos, és sötétebb sugár keletkezik, amelyek a középponttól távolodva egyre gyöngülnek. Ez a fény elhajlásának jelensége³. Mivel a hosszú hullámhosszú fény (a vörös) erősebben hajlik el, mind a rövid hullámhosszú (a kék), a fény újra színkomponenseire bomlik.

A vízcseppecskék is képesek elhajlítani a fényt. Egy azonos méretű vízcseppecskékből álló, nem túl vastag felhő is elhajlíthatja a fényt, az önálló vízcseppecskékhez hasonló módon. Az eltérített, és rétegzett fény mennyisége ebben az esetben nagyobb. A természetben a felhőben található vízcseppecskék főként akkor hozzák létre a fényelhajlás jelenségét, ha azonos méretűek, és eloszlásuk egyenletes. Ilyenkor jön létre az aureola, és a színkoszorú jelensége a Nap vagy a Hold körül, az irizáló felhők jelensége a Naphoz vagy a Holdhoz közel, illetve a glória, amely a Nappal ellentétes oldalon jön létre.

Az aureolák és a színkoszorúk

Vékony felhőkön keresztül a Nap, vagy a Hold általában színtelen körfelületnek látszik halványan narancssárgás színű gyűrűvel övezve. Ezt a jelenséget az okozza, hogy a fénysugarak elhajlanak a felhő vízcseppecskéin. Aureola a jelenség neve. Bizonyos feltételek megléte esetén az udvart több, színes gyűrű - színkoszorú - öleli körül. Belülről kifelé haladva a színek: viola, kék, zöld, vörös. Ezek többször is ismétlődhetnek. A Naphoz illetve a Holdhoz tehát a viola színű gyűrű van legközelebb, a vörös pedig legtávolabb. A felhő vízcseppecskéinek méretétől függ az egyes gyűrűk rádiuszának mérete. A színes gyűrűk akkor a legszebbek, amikor a cseppek azonos méretűek.

Glória
Ha a felhő vízcseppecskéibe nézünk úgy, hogy a Nap a hátunk mögött van,
a Nappal átellenben a fény elhajlása miatt glóriát láthatunk. A glória a színkoszorúhoz hasonlít,
és hasonlóképpen, mint a színkoszorú, a felhőben található vízcseppecskék miatt jön létre.
Főként akkor figyelhető meg jól ez a jelenség, amikor alacsonyan repülünk egy felhőréteg fölött.
A Nappal ellentétes oldalon jön létre a glória, közepében pedig a repülőgép árnyéka látható.

Színkoszorú
Amikor a Nap átsüt egy nagyjából azonos méretű, megfelelő nagyságú vízcseppekből
álló felhőn, létrejön a fényelhajlás jelensége, mely során a fény a színkomponenseire bomlik.
A Nap körül színes gyűrűk - színkoszorúk - keletkeznek.

Irizáló felhők
A felhők egy-egy része olykor tündöklő, az igazgyöngy, vagy a kagylók felületének színéhez
hasonló színekben játszik. Ezt a jelenséget is a fény elhajlása okozza, és a színkoszorúval
van rokonságban. Különböző méretű vízcseppekből álló felhők esetén jön létre.

Alpesi fény
A kelő, vagy nyugvó, égővörös Nap nagyrészt vörös színű fénnyel világítja meg
a hegyeket, létrehozva ezzel az alpesi fény jelenségét.

A legszebb színkoszorúk főként telihold, vagy majdnem tele Hold körül láthatóak, annak ellenére, hogy előfordulásuk sokkal gyakoribb, mint a Nap körül megfigyelhető színkoszorúké. A Nap fénye olyan éles, hogy a koszorú színpompáját elnyomja a ragyogó fényözönével. Ha viszont a vékony felhő mögé bújt Napot sötét üvegen keresztül nézzük, vagy egy nyugodt vízfelületen (például egy tócsában) nézzük a tükörképét, akkor láthatóvá válnak a színek.

A glória, és a brockeni kísértet

Ha valaki a Napnak háttal állva kiáll egy hegygerincre úgy, hogy az árnyéka egy ködfalra esik, akkor a ködöt alkotó vízcseppecskék fény-elhajlító hatása miatt színes gyűrű, - egy glória - alakul ki a fej árnyéka körül. Úgy néz ki, mint egy színkoszorú. Mivel a ködre az árnyékunk általában elnagyoltan vetül, és kísérteties hatást kelt, ez a jelenség "brockeni kísértet" néven vált ismertté.

A glória kialakulhat repülőgép, vagy siklóernyő körül is, szabályos cseppecskékből álló felhőrétegen. A repülőgép, vagy a siklóernyő árnyéka a glória közepén jelenik meg.

Alkonyati színkavalkád
Amikor a Nap leszáll, a hosszú hullámhosszú fény szóródása kap egyre nagyobb szerepet.
Az alkonyati színkavalkádban a fény teljes színspektruma megjelenik: a kék, a zöld, a sárga és a vörös.

Délibáb az út fölött
Amikor a napsugárzás a talajt extrém módon felmelegíti (pl. a sivatagban, vagy egy aszfaltút fölött),
akkor a talaj fölött több, eltérő hőmérsékletű levegőréteg alakul ki. Ezek eltérítik a fénysugarakat.
Ez tükröződésekhez vezet, ami miatt olyan tárgyak is láthatóvá válnak, amelyek a valóságban
nincsenek is ott. Ilyen jelenség figyelhető meg a sarkvidékeken is, meleg tengeráramlatok felett.
Az aszfaltút fölött kialakuló forró levegő gyakran okoz délibábot. Ilyenkor olyan az aszfalt,
mintha nedves lenne. A valóságban az ég kékje tükröződik ilyenkor.

A brockeni kísértet
A hegy árnyékát a nyugvó Nap fénye vékony rétegfelhőre vetíti.
A földről nézve bizarr árnyjáték látható az áttetsző rétegfelhőn.

A fényszórás - az ég kékje, és az alkonyati színkavalkád

Földünket gyakran nevezik kék bolygónak. És ez így is van. A világűrből nézve a kék szín egyértelműen meghatározónak látszik Földünkön. A Föld légköre az oka ennek, amely a rövid hullámhosszú, kék színű fényt szórja a legerősebben.
Amikor a napfény áttör a légkörön, a levegőmolekulák, és a por-részecskék megszórják. A rövid hullámhosszú (kék) fényt erősebben, a hosszú hullámhosszú (vörös) fényt gyengébben. Mivel a világűr fekete, a Föld atmoszféráját, vagyis az eget kék színűnek látjuk.
Alkonyatkor a fénysugarak egyre hosszabb utat tesznek meg a légkörön keresztül. A fény szórása ilyenkor egyre jelentősebb mértékű, és az ég kékje után megjelenik a spektrális színek sora: (zöld), sárga és végül, naplementekor a vörös.
Míg számunkra az ég kékje magától értetődő, és mindennapi dolog, addig más bolygókon az ég egészen más színű is lehet. A Mars vékony, széndioxidból álló, gyakran a heves viharok által a magas légrétegekbe kerülő, vastartalmú porrészecskéket tartalmazó atmoszférája például vörös.
Ha a levegőben nagy méretű részecskék (pl. vízpára, vagy jégkristályok) találhatóak, azok a fény minden összetevőjét szétszórják, sőt, visszaverik. Ilyenkor az ég fehér. Szép napokon ezért látunk fehér felhőket úszni a kék égen.

Aki mélyebben szeretne foglalkozni a felhőkkel és az időjárással, Andreas Walker "Zeichen am Himmel, Wolkenbilder und Wetterphänome richtig verstehen" című könyvében alaposabb betekintést nyerhet a témába. /Birkhäuser Verlag, Basel/ (252 oldal, 72 színes és 162 fekete-fehér képpel. Ára: 52 Fr ⁵)

1 Elnézést a durva fordításért. Hálás lennék, ha valaki eljuttatná hozzám az eredeti magyar nyelvű műfordítást.(a fordító megjegyzése)

2 = fénykoszorú, napudvar, holdudvar (a fordító megjegyzése)

3 = diffrakció (a fordító megjegyzése)

5 1997-ben (a fordító megjegyzése)