Загадки природных явлений (8 класс)

Закат
Самым простым и доступным для наблюдения атмосферным явлением является закат нашего небесного светила—Солнца.
Необычайно красочный, он никогда не повторяется. А картина неба и изменение её в процессе заката столь ярка, что вызывает восхищение у каждого человека.

Почему закат красный?
Красный цвет заходящего Солнца обусловлен тем, что солнечный свет в такие моменты из-за низкого положения Солнца над горизонтом преодолевает значительно большую толщу воздуха, чем днём. В результате этого сине-фиолетовые лучи успевают рассеяться и в проходящем от Солнца световом пучке остаются лучи, преобладающими в которых оказываются красные. Именно они и предают закату красноватый оттенок.

"Лучи Будды"
По мере того как Солнце опускается глубже под горизонт, возникает быстро расплывающееся розовое пятно — так называемый "пурпурный свет", достигающий наибольшего развития при глубине Солнца под горизонтом около 4-5°. У самого горизонта небо густо краснеет, а по ярко окрашенному небу от горизонта к горизонту тянутся светлые лучи в виде отчетливых радиальных полос ("Лучи Будды").

Закат …то ярко-красный, то розовый…
Крайняя индивидуальность течения заката и многообразие сопровождающих его оптических явлений зависит от оптических характеристик атмосферы :
коэффициентов ослабления и рассеяния, которые по-разному проявляются в зависимости от зенитного расстояния Солнца;
направления наблюдения и высоты наблюдателя.

Почему небо голубое?
Цвет дневного неба обусловлен рассеянием солнечного света в земной атмосфере. Ещё в 1871г. английский учёный Дж.Рэлей установил закон, согласно которому интенсивность рассеянного света пропорциональна четвёртой степени частоты световой волны. Из лучей, входящих в состав белого света, наибольшую частоту имеют фиолетовые, синие и голубые лучи, а наименьшую – красные. Поэтому когда свет от Солнца достигает земной атмосферы и начинает рассеиваться микроскопическими сгущениями и разрежениями воздуха, постоянно возникающими в атмосфере, то наибольшую интенсивность в рассеянном свете будут иметь лучи из сине-фиолетовой части спектра. Результирующий цвет рассеянных лучей при этом оказывается голубым.

Солнечное затмение
Ясный солнечный день.
На небе ни облачка. Ярко светит высоко поднявшееся Солнце.
И вдруг среди бела дня
происходит что-то
необъяснимое.
На Солнце справа
задвигается что-то
черное. Вот уже от Солнца
остается узенький яркий
серпик. Мгновение…
И виден черный круг,
окруженный серебристым
сиянием – солнечной короной.
Наступило полное солнечное затмение.
Солнечное затмение объясняется тем, что при движении вокруг Земли Луна может оказаться между Землёй и Солнцем.

В своем движении вместе с Землей вокруг Солнца Луна часто заслоняет (покрывает) звезды зодиакальных созвездий, по которым проходит лунный путь. Периодически Луна частично или полностью заслоняет Солнце — происходят солнечные затмения. Солнечные затмения возможны только при новолуниях, когда Луна проходит между Солнцем и Землей, но не при всех. Поскольку Луна может отходить от эклиптики (на которой находится Солнце) на 5,2 градуса, то покрытия Солнца Луной не всегда осуществимы.

Условия видимости и наступления солнечных затмений
Солнечные затмения видны не из всех местностей дневного полушария Земли. Из-за своих небольших размеров Луна не может скрыть Солнца от всего земного полушария. Солнце дальше от Земли, чем Луна, примерно в 390 раз, но его диаметр (1 392 000 км) почти в 400 раз превышает диаметр Луны (3476 км), и поэтому освещаемая Солнцем Луна отбрасывает в пространство сходящийся конус тени и окружающий его расходящийся конус полутени.
Когда эти конусы пересекаются, то лунная тень и полутень падают на нее, и из данной земной поверхности можно наблюдать солнечное затмение.
Из мест земной поверхности, оказавшихся в лунной тени (А), видно полное солнечное затмение (Солнце полностью закрыто Луной), а в местностях, покрытых лунной полутенью (В и С), происходит частное солнечное затмение (солнечный диск заслонен Луной не полностью).

Периодичность солнечных затмений
Солнечные затмения периодически повторяются,
их наступление зависит от трех периодов:
периода смены лунных фаз, или синодического месяца 29,53дней,
периода возвращения Луны к одному из лунных узлов, или драконического месяца 27,21 дней,
периода возвращения Солнца к тому же лунному узлу, или драконического года 346,62 дней.
Каждое солнечное затмение повторяется через период времени в 6585,3 суток или 18 лет 11,3 суток (или 10,3 суток, если в этом периоде содержится пять високосных лет), названный саросом. На протяжении сароса в среднем происходит 42-43 солнечных затмения, из которых 14 полных, 13-14 кольцеобразных и 15 частных.
Очередное полное затмение Солнца в Москве, продолжительностью около 4 мин, произойдет лишь
16 октября 2126 г.
Наибольшее число солнечных затмений в одном календарном году не превышает пяти, и все они обязательно частные с небольшими фазами.
Однако такие случаи очень редки. Последний раз пять солнечных затмений было в 1935 г, и до 2206 г. этого больше не повторится.
Но частные затмения будут в 2011, 2029 и в 2047 г. Чаще всего ежегодно бывает по 2-3 солнечных затмения, причем одно из них, как правило, полное или кольцеобразное.

Радуга
Как неожиданно и ярко
На влажном неба синеве
Воздушная воздвигалась арка
В своём минутном торжестве!
Один конец в леса вонзила,
Другим за облака ушла –
Она полнеба обхватила
И в высоте изнемогла.
О, в этом радужном виденье
Какая нега для очей!
Оно дано нам на мгновенье,
Лови его – лови скорей!
Смотри - оно уж побледнело-
Ещё минуту, две и что ж?
Ушло, как то уйдёт всецело,
Чем ты и дышишь и живёшь.
Ф. И. Тютчев.

Условия наблюдения радуги
Радуга обычно наблюдается тогда, когда появившееся из-за туч Солнце освещает своими лучами завесу дождя. По мере того как дождь стихает, а затем прекращается, радуга постепенно тускнеет и вскоре исчезает. Вид дуги, яркость цветов, ширина полос зависят от размеров капелек воды и их количества. Большие капли создают более узкую радугу, с резко выделяющимися цветами, малые - дугу расплывчатую, блеклую и даже белую. Вот почему яркая узкая радуга видна летом после грозового дождя, во время которого падают крупные капли.
Радуга может вызываться не только Солнцем, но и Луной. В этом случае её называют лунной радугой. Лунные радуги очень слабы. Поэтому их можно наблюдать только в ночь при полной Луне.

Почему появляется радуга?
Впервые теория радуги была дана в 1637 году Рене Декартом. Образование цветов и их последовательность были объяснены после разгадки сложной природы белого света и его дисперсии в среде. У радуги различают семь основных цветов, плавно переходящих один в другой.
Возникновение радуги объясняется преломлением, отражением и дифракцией света в каплях дождя.
Чем выше поднимается Солнце, тем ниже оказывается центр радуги и поэтому тем меньшую часть её дуги можно видеть над горизонтом. Когда высота Солнца оказывается больше 42 градусов, радуга исчезает.

Две радуги
Основная радуга образуется за счёт отражения света в каплях воды. А побочная радуга образуется в результате двукратного отражения света внутри каждой капли. В этом случае лучи света выходят из капли под другими углами, чем те, которые дают основную радугу, и цвета в побочной радуге располагаются в обратной последовательности.
Ход лучей в капле воды:
а — при одном отражении,
б — при двух отражениях.

Полярное сияние
Одним из красивейших оптических явлений природы является полярное сияние. В большинстве случаев полярные сияния имеют зеленый или сине-зеленый оттенок с изредка появляющимися пятнами или каймой розового или красного цвета.
Полярные сияния наблюдают в двух основных формах - в виде лент и в виде облакоподобных пятен.
Ленты как бы висят в темном пространстве неба, напоминая гигантский занавес или драпировку, протянувшуюся обычно с востока на запад на тысячи километров. Высота этого занавеса составляет несколько сотен километров, толщина не превышает нескольких сотен метров, причем сквозь него видны звезды. Теряя интенсивность, ленты превращаются в пятна.

Типы полярных сияний

Как возникают полярные сияния ?
Земля представляет собой огромный магнит, южный полюс которого находится вблизи северного географического полюса, а северный — вблизи южного. Силовые линии магнитного поля Земли, выходят из области, прилегающей к северному магнитному полюсу Земли, охватывают земной шар и входят в него в области южного магнитного полюса.
Электроны или протоны, попавшие в магнитное поле Земли, движутся по спирали, стекая в область полюсов, где возникает их увеличенная концентрация. Протоны и электроны производят ионизацию и возбуждение атомов и молекул газов. Возбужденные атомы газов отдают обратно полученную энергию в виде света, наподобие того, как это происходит в трубках с разреженным газом при пропускании через них токов.
Спектральное исследование показывает, что зеленое и красное свечение принадлежит возбужденным атомам кислорода , другим слабым источником красного света являются атомы водорода; инфракрасное и фиолетовое принадлежит ионизованным молекулам азота.

Гало. Что это?
При появлении гало солнце бывает затянуто дымкой — тонкой пеленой высоких перистых или перисто-слоистых облаков. Такие облака плавают в атмосфере на высоте 6 - 8км над землей и состоят из мельчайших кристалликов льда, которые чаще всего имеют форму шестигранных столбиков или пластинок.
Ледяные кристаллики, опускаясь и поднимаясь в потоках воздуха, то подобно зеркалу отражают, то подобно стеклянной призме преломляют падающие на них солнечные лучи. В результате этой сложной оптической игры и появляются на небе ложные солнца и другие обманчивые картины, в которых при желании можно увидеть и огненные мечи, и все что угодно...

Три солнца
Чаще других можно наблюдать два ложных солнца — по ту и по другую сторону от настоящего светила. Иногда появляется один светлый, слегка окрашенный в радужные тона круг, опоясывающий солнце. А то после солнечного заката на потемневшем небе вдруг возникает огромный светящийся столб. Ложные солнца появляются благодаря шестигранным кристаллам льда, по своей форме напоминающим... гвозди. Они плавают в воздухе вертикально, преломляя свет своими боковыми гранями.
Третье «солнце» появляется, когда над настоящим солнцем видна лишь одна верхняя часть гало-круга. Порой это отрезок дуги, иногда светлое пятно неопределенной формы. Случается так, что ложные солнца не уступают по яркости самому Солнцу. Наблюдая их, древние летописцы писали о «трех солнцах», об отрубленных огненных головах и т.п.