a) Koróny

Tyto jevy vznikají, jsou-li Slunce nebo Měsíc zakryty řídkými oblaky (z vodních kapek nebo z ledových krystalků) a jsou způsobeny (stejně jako duha) rozptylem světla na vodních kapkách.

Foto. 1.6.2.3. Koróna.

Koróny jsou světlá drobná kola kolem Slunce nebo Měsíce (někdy jsou také nazývána malými koly). Vnitřní část malého kola, tzv. aureola, přiléhá k nebeskému tělesu a tvoří kruh, ve kterém přecházejí barvy od světle modré přes žlutou do červené, která je na vnějším okraji. V příznivých případech se přimykají bezprostředně k aureole z její vnější strany stejná duhová kola (někdy až tři), jejichž barvy jsou ve stejném pořadí, ale méně ostré. Aureola má modrobílou barvu uvnitř, na okrajích červenavě hnědou. Často se vyskytuje bez barevných kruhů okolo Měsíce a lidově se mluví o "studánce". Kruhy lze snadno rozeznat od halových jevů, jež se vytvářejí na ledových krystalcích a mají obvykle větší poloměry vyjádřené ve stupních prostorového úhlu, tj. 22oa 46o, a obrácený sled barev. Poloměr koróny ve volné atmosféře dosahuje zřídka hodnot 10o.

Příčinou vzniku korón je ohyb světla vycházejícího ze vzdáleného zdroje na oblačných kapičkách. Vzhledem k tomu, že paprsky z velmi vzdáleného zdroje (Slunce, Měsíc) můžeme považovat za rovnoběžné a že kapičky jednak silně rozptylují světlo, jednak pro značná zakřivení povrchu mají velmi krátké ohniskové vzdálenosti, lze rozbor této otázky zjednodušit. Hledáme výklad ohybu světla (pro jednoduchost monochromatického) na neprůhledných kruhových stopách (průmět průřezů kapiček) hustě a nepravidelně rozložených v jedné rovině. Úloha se zjednoduší předpokladem platnosti tzv. Babinetova principu. Podle něho dávají dvě doplňková stínítka týž ohybový jev, s výjimkou směru dopadající vlny. Doplňková jsou taková stínítka o stejném počtu otvorů, z nichž jedno má např. všude otvory, kde druhé má místa nepropustná. Výklad ohybu světla na neprůhledných kapičkách rozložených v průhledném prostředí převádíme tak na ohyb světla na průhledných kruhových otvorech nepravidelně rozmístěných na neprůhledné rovině.

Intenzita světla je pak (viz [20]):

,

kde .

Poloměr kapky je značen a, je úhel, který svírají paprsky po ohybu s původním směrem paprsků, l je vlnová délka světla. Intenzita světla pozorovaného při různých hodnotách m/p se mění (viz tab. 1.6.3). Monochromatický zdroj světla vlnové délky l vytváří proto v prostředí kapiček o poloměrech a soustředné světlé a tmavé kruhy, jež označujeme směrem od středu čísly řádu. Pokles intenzity světla od prvého ke druhému řádu je značný a polohy minimální intenzity při ohybu světla lze přibližně vyjádřit empirickým vzorcem:

,    (1.6.12)

kde k je pořadové číslo minima počítané od středu kruhů.

Z tohoto vzorce je také vidět, že při malé hodnotě úhlu bude mít první minimum úhlový poloměr

kde se rozloží první tmavý kruh. Další tmavý kruh bude mít poloměr

.

Všechna další minima budou vzdálena jedna od druhého

Maxima Minima
Řád m/p RozdílImaxŘád m/p RozdílImax
1 0,000  11 0,610  1
   -0,819     -0,506  
2 0,819  0,01742 1,116  0
   -0,527     -0,503  
3 1,346  0,00423 1,619  0
   -0,512     -0,502  
4 1,856  0,00164 2,121  0
   -0,504     -0,501  
5 2,362  0,00085 2,262  0
Tab. 1.6.3 Rozložení intenzity při koróně [29].

Z tab. 1.6.3 je také vidět, že intenzita prvního maxima (aureoly) je mnohem větší než u dalších kruhů.

Lze ukázat, že se ohybový jev vytvářený jednou kapičkou nezmění při průchodu monochromatického světla prostředím s mnoha stejně velkými kapičkami. Intenzita jevu bude však přibližně úměrná koncentraci kapiček N.

Koróna bude mít kruhy určitých řádů tím větší, čím budou poloměry kapiček menší a vlnová délka užitého světla větší. Intenzita jevu bude přímo úměrná koncentraci kapiček.

V atmosféře se zpravidla setkáváme se zdroji bílého světla a místo světlých nebo tmavých kruhů kolem zdroje se vytvářejí barevné kruhy.

Podobně jako se uvažoval ohyb světla na kapičkách, lze provést rozbor pro štěrbiny o šířce a´, které napodobují jehlicovité krystalky v atmosféře.

Pro rozdělení intenzity potom bude platit výraz

,   (1.6.13)

kde    (1.6.14)

Poloha minim bude v tomto případě dána podmínkou

,   (1.6.15)

kde l = 1, 2, 3 ..., a poloha maxim podmínkou

u = tg u.    (1.6.16)

Rozměry aureoly pro vodní kapky a ledové jehly srovnáme mezi sebou tak, že položíme jejich šířku a´ rovnou průměru kapky 2a. Snadno zjistíme, že v tomto případě

,    (1.6.17)

t.j. aureola při vodních kapkách má úhlový poloměr o 22o větší než při ledových jehlách.

Protože ve skutečnosti nejde o monochromatické světlo a o bodový zdroj světla, má námi pozorovaný ohybový jev duhové zbarvení s modrofialovou barvou na vnitřní straně a s červenou na vnější straně. Následkem překládání ohybových obrazů každého bodu zdroje světla ztrácí svou čistotu a zvětšuje se do šířky na velikost poloměru zdroje světla, t.j. na úhlový poloměr 16´ pro Slunce a Měsíc.

b) Glórie

Obr. 1.6.6 Brockenské strašidlo [24].

Glórií se nazývají soustředné, duhově zbarvené kruhy kolem bodu, který je protilehlý Slunci a je ve vrstvě oblaků nebo v mlze. Glorie u Slunce jsou častější než u Měsíce. Zvláštním případem glorie je tzv. Brockenské strašidlo (podle hory Brocken v pohoří Harz v Německu) viz obr. 1.6.6. Vzniká tím, že se kolem stínu nějakého předmětu vytváří barevná kola ohybem světla na kapičkách oblačné vrstvy, na níž se stín promítá. Kapičky, které se chovají jako malé hranoly, rozkládají bílé světlo v spektrální barvy, jejichž pořadí odpovídá koróně nebo primární duze. Sled barev se může několikrát opakovat. Podzimek [20] uvádí, že ve středu glórie je intenzita světla nulová a že intenzita koróny je krát větší než intenzita glorie. Maximum intenzity monochromatického světla (dané hodnotou ) při glorii se uvádí vztahem

3,05; 6,7; 10,0; 13,2; ...

Poloha maxim zhruba odpovídá maximům intenzity světla v koróně. Tím se vysvětlilo, proč se u glorie poloměr kapiček stanovený postupně z vyšších řádů zmenšuje (rozdíl mezi po sobě následujícími maximy u koróny klesá). Jsou známy případy, kdy bylo pozorováno pět barevných kruhů i více. O glórii platí totéž, co o koróně, pokud se týče jejího vztahu k vodním či ledovým oblakům.

Rozložení intenzity světla v korónách a glóriích lze exaktně popsat pomocí matematického aparátu uváděného např. v knize Bednář. Geometrická optika zde selhává, neboť směru shodnému se směrem dopadajících paprsků (d(k) = 0, jev koróny) a směru přesně opačnému (d(k) = p, jev glórie) odpovídá singularita (1.6.8).

c) Perleťová oblaka

Foto. 1.6.2.4. Iridescence.

Ohybem a interferencí slunečních paprsků na vodních kapičkách vzniká i tzv. irizování (iridescence) oblaků, tj. duhové nebo perleťové zbarvení zejména jejich okrajů. Zvláštním případem intenzívně irizujících oblaků jsou tzv. perleťová oblaka v podobě živě barevných ploch ve tvaru pásů. Nalézají se ve výškách 20 - 30 km a vyskytují se při polohách Slunce blízko pod obzorem, kdy zemský povrch a nižší vrstvy atmosféry jsou již ve stínu Země. Tato oblaka pravděpodobně vznikají v důsledku rozkmitání atmosféry při přetékání proudění přes výrazná horská pásma. V Evropě bývají pozorována např. v oblasti Skandinávie.

Odlišným úkazem jsou tzv. noční svítící neboli stříbřitá oblaka, nalézající se ve výškách 70 - 80 km a rozptylující sluneční záření, není-li Slunce pod obzorem níže než cca 18o. Podle jedné z teorií se jedná o shluky prašných částic. Potřebná voda se v těchto výškách vytvořila fotochemickými reakcemi.

Zpracováno na základě literatury [1], [20] a [29].

Zpět