Linia autowa

Dwustronne słońca w Orange (Francja), 22 sierpnia 2013
Dwa boczne słońca i górny łuk kontaktowy w Tofino

Pomocnicze słońca lub Parhelia (liczba pojedyncza Parhelion , od greckiego παρά Pará , niemiecki „oprócz” i ήλιος Helios - „słońce”) należą do zjawisk halo . Można je zobaczyć jako jasne plamy w odległości około 22 ° po lewej lub prawej stronie, czasem po obu stronach, obok słońca . Obserwator ma wrażenie, że obok słońca znajduje się drugi, słabszy. W języku angielskim określa się je jako psy słoneczne towarzyszące słońcu lub jako mock suns ( mock for imitation, falsyfikat).

Parasole to jedne z najpopularniejszych aureoli. Są widoczne na europejskim niebie przez około 60 do 80 dni w roku.

Podobne zjawisko świetlne można zaobserwować również na Księżycu . Jednak ze względu na mniejsze natężenie światła rzadziej widzi się boczny księżyc .

Chociaż sub-słońca często mają zabarwienie przypominające tęcze , nie należy ich z nimi mylić. Podsłońca pojawiają się blisko słońca, tęcze pojawiają się po przeciwnej stronie nieba niż słońce. Przyczyną zjawisk optycznych są krople wody w przypadku tęczy i kryształki lodu w przypadku tarasów słonecznych.

Powstanie

Kryształy lodu

Kryształ lodu w kształcie płytek

Parasunas są spowodowane załamaniem światła w kryształkach lodu. Nawet latem w wysokich warstwach atmosfery panują temperatury znacznie poniżej punktu zamarzania, tak że „kropelki” chmur mogą tam występować w postaci zamrożonych kryształków lodu. Jako szczególnie wysokie chmury, chmury Cirrus zawsze składają się wyłącznie z kryształków lodu.

Atmosferyczne kryształki lodu mogą tworzyć wiele różnych kształtów w zależności od temperatury i wilgotności : sześciokątne płyty, kolumny, puste kolumny, piramidy, dendryty („gwiazdy śniegu”), itp. Sześciokątne ( „sześciokątne” ) płytki kryształków lodu są odpowiedzialne za słońce .

Nisko stojące słońce

Ścieżka wiązki w sześciokątnym pryzmacie

Najpierw rozważ wiązkę światła biegnącą w płaszczyźnie płytek krwi, która wchodzi do płytki pod kątem przez jedną z bocznych powierzchni i wychodzi ponownie przez następną, ale jedną boczną powierzchnię. Pęknie podczas przechodzenia przez obie boczne powierzchnie. Kąty załamania na dwóch wzajemnie nachylonych bokach (obejmują one, jeśli są rozciągnięte, kąt ε = 60 °) można obliczyć w taki sam sposób, jak podczas przechodzenia przez dwa boki pryzmatu . W zależności od kąta oświetlenia całkowity kąt odchylenia wiązki światła mierzony względem pierwotnego kierunku wiązki przyjmuje różne wartości. Zakłada się najmniejszą możliwą wartość, jeśli kąty wejścia i wyjścia są i są takie same

Z

, średni współczynnik załamania światła lodu,
, Kąt pryzmatu przy załamującej krawędzi krawędzi (do uzupełnienia w tym miejscu).

W przypadku większych i mniejszych kątów wejścia kąt odchylenia jest zawsze większy niż to minimum . Ponieważ płytki krwi są zorientowane losowo, płytki chmury mają różne wejścia, a tym samym różne kąty odchylenia. Jednak wszystkie kąty odchylenia są większe lub równe 22 °, a ponieważ kąty odchylenia w pobliżu ich minimum zależą tylko nieznacznie od kąta oświetlenia, szczególnie duża ilość światła jest odchylana w kierunku około 22 ° - nawet jeśli wszystkie kąty wejścia występują równie często.

Wiązka światła, która pierwotnie nie trafiłaby w oko obserwatora, może nadal tam dotrzeć po odbiciu od kryształu. Te płytki, które mogą skierować światło do oka obserwatora przez odchylenie pod kątem, to dokładnie te płytki, które widziane przez obserwatora znajdują się w odległości kątowej od Słońca. Idąc z tego kierunku, odchylone promienie światła trafiają w oko i są postrzegane jako jaśniejące na niebie.

Słońce dwustronne jako rozjaśnienie pierścienia 22 °.

Jeśli płaszczyzny płytek w chmurze są zorientowane losowo (obserwacja jest nadal ograniczona do płytek krwi, których płaszczyzny są równoległe do padania światła), odchylenie jest równie prawdopodobne w lewo, jak iw prawo, w górę lub w dół. W ten sposób obserwator widzi światło docierające do niego ze wszystkich punktów w pewnej odległości wokół Słońca. Rezultatem jest świecący pierścień otaczający słońce w pewnej odległości . Ponieważ większość odchylonego światła jest widoczna w odległości = 22 ° od słońca, powstaje pierścień 22 ° . Ten pierścień jest stosunkowo ostro ograniczony na wewnętrznej krawędzi, ponieważ nie ma promieni o ugięciu poniżej 22 °. Pierścień tylko stopniowo zmniejsza swoją jasność na zewnątrz. Obszar ten składa się z coraz rzadszych promieni światła, które zostały odchylone pod większymi kątami.

Słońce po prawej stronie bez pierścienia, z wyraźnie rozpoznawalnym „ogonem” po stronie odwróconej od słońca.

W atmosferze wolnej od turbulencji, płytki krwi są korzystnie ustawione w pozycji poziomej. Jeśli oprócz losowo ułożonych płytek występują poziomo zorientowane płytki, światło jest korzystnie odchylane poziomo w lewo i w prawo, a dwa punkty pierścienia 22 ° po lewej i prawej stronie na wysokości słońca wydają się szczególnie jasne. Są to sąsiednie słońca, te w tym W przypadku są tylko jaśniejsze obszary pierścienia 22 °.

Jeśli płytki są tylko ułożone poziomo, nie powstaje pierścień i pojawiają się tylko izolowane słońca. Z tych samych powodów, co w przypadku pierścienia, boki słońca mają stosunkowo ostrą krawędź po stronie słońca, podczas gdy często kończą się ogonem po stronie oddalonej od słońca.

Południe

Jeśli słońce jest wyżej, słońca nie znajdują się na pierścieniu 22 ° (jeśli jest dostępne), ale na zewnątrz. Na tym zdjęciu pierścień 22 ° ma również górny łuk kontaktowy .

Do tej pory rozważano tylko sytuację, w której promienie świetlne wpadają do powierzchni bocznej równoległej do płaszczyzny płytek krwi, co jest możliwe tylko w przypadku płytek zorientowanych poziomo, gdy słońce jest nisko. Jeśli słońce jest wyżej - ale nie wyżej niż około 60 ° - wiązka światła może nadal pojawić się na następnej, ale jednej bocznej powierzchni poziomej płyty, ale relacje kątowe są nieco inne. (Wiązka, która nie jest już równoległa do dwóch górnych powierzchni, może odbijać się od wewnętrznej strony jednej z tych powierzchni, ale nie zmienia to warunków załamania). W zależności od wysokości słońca, minimalny kąt odchylenia, a tym samym obserwowana odległość kątowa plamki świetlnej od słońca wzrasta. Boczne słońce również jest coraz szersze i słabsze.

W tym samym czasie, co subsłońce, może tu również pojawić się pierścień, ale nie jest to spowodowane poziomymi płytkami. Pochodzi z tych płytek krwi, które są nachylone w taki sposób, że nachylone w dół promienie słońca są prostopadłe do płaszczyzny płytek krwi. Oznacza to, że warunki opisane w poprzedniej sekcji są ponownie obecne, a pierścień nadal ma promień 22 °. Słońca, które są teraz generowane przez inne płytki krwi niż pierścień, w tym przypadku nie znajdują się na pierścieniu, ale nieco na zewnątrz. Przy wysokości słońca 10 ° znajdują się one około pół stopnia na zewnątrz, przy 30 ° wysokość słońca trzy stopnie, a przy wysokości 50 ° prawie jedenaście stopni.

Zabarwienie

Wygląd

Czerwone promienie światła załamują się w kryształku lodu pod mniejszym kątem odchylenia niż promienie niebieskie, dlatego strona Słońca w pobliżu Słońca wydaje się czerwona.
Słońce po prawej stronie w kolorach tęczy. Czerwony znajduje się po wewnętrznej stronie pierścienia 22 ° i bocznego słońca.

Sub-słońca mogą mieć kolory przypominające tęczę. Jest jednak mniej i przeważnie jaśniejszych kolorów niż w przypadku tęczy.

Krawędź drugiego słońca po słonecznej stronie jest czerwonawa, a następnie żółta. W przeciwieństwie do tęczy nie ma jednak wyraźnych odcieni zieleni i błękitu. Wtórne słońce zwykle kończy się białawym, co najwyżej lekko niebieskawym ogonem.

powód

Kolory są spowodowane faktem, że współczynnik załamania światła lodu zależy od długości fali, a tym samym koloru („ dyspersja ”). Współczynnik załamania światła zmienia się od n = 1,307 przy długości fali 650 nm (czerwony) do n = 1,317 przy 400 nm (niebieski). Minimalny kąt odchylenia, a tym samym odległość od słońca w obszarze o największej jasności jest o około 0,8 ° większa dla światła niebieskiego niż dla światła czerwonego.

Podsłońce utworzone z czerwonej części światła słonecznego pojawia się zatem obserwatorowi w najbliższej odległości od Słońca. Wtórne słońca utworzone z innych kolorów łączą się jedno po drugim po stronie odwróconej od słońca. Jednakże, ponieważ każde z kolorowych sub-słońc ma mniej lub bardziej wyraźny ogon biegnący w kierunku od słońca, każdy dodatkowy kolor sumy ogonów sub-słońc bliżej Słońca jest nałożony. Czerwone podsłońce jako najbardziej wewnętrzne pozostaje nienaruszone, żółte podsłońce nakłada się na ogon czerwieni, zielony nakłada się na ogon czerwony i żółty i tak dalej. Niebieskie sub-słońce ostatecznie nakłada się na sumę ogonów wszystkich innych kolorów, tak że suma wszystkich kolorów jest biała i pozostaje tylko lekko niebieskawy odcień.

Porównanie z tęczą

Prawa noga tęczy dla porównania. Czerwony znajduje się na zewnątrz dziobu.

Podział kolorów przebiega w taki sam sposób, jak w przypadku tęczy . Nawet w przypadku tęcz istnieje - chociaż zamiast kryształków lodu występują krople wody i inna ścieżka wiązki - minimalny kąt odchylenia, który zmienia się w zależności od koloru, wokół którego odbija się szczególnie duża ilość światła danego koloru. Nawet w przypadku tęczy poszczególne łuki odpowiednich kolorów są ułożone naprzemiennie obok siebie i nakładają się, tworząc wielokolorowy pas. Ze względu na różną drogę wiązki ogony poszczególnych kolorów są mniej wyraźne, tak że bardziej zwarte tęcze nakładają się słabiej, a kolory wydają się wyraźniejsze i bardziej ograniczone niż w przypadku sąsiednich słońc.

Ponieważ minimalny kąt odchylenia tęczy wynosi około 138 ° (zamiast 22 °, jak w przypadku tarasu słonecznego), tęcza tworzy okrąg o promieniu 42 ° wokół kontrapunktu słońca , tak że słońce znajduje się na zewnątrz pierścienia tęczy, a strona tęczy blisko słońca jest jego Na zewnątrz jest. W przypadku tęczy, pierścienia 22 ° i słońc podrzędnych, kolor czerwony jest po stronie zbliżonej do słońca, ale w przypadku tęczy jest to zewnętrzna strona pierścienia, w przypadku pierścienia 22 ° i słońc podrzędnych jest to wnętrze pierścienia.

polaryzacja

Stopień polaryzacji

Światło słoneczne jest pierwotnie niespolaryzowane, ale może być spolaryzowane w większym lub mniejszym stopniu przez załamanie lub odbicie . Pierścienie 22 ° i sub-słońca są tworzone przez załamanie i dlatego są spolaryzowane promieniowo. Jednak stopień polaryzacji generowanej przez załamanie zmniejsza się wraz z kątem załamania i wynosi tylko około 4% dla pierścieni 22 ° i sub-słońc przy ich małym kącie odchylenia 22 °, więc - w przeciwieństwie do innych typów halo - nie jest bezpośrednio obserwowalny. Jeśli słońce jest wyżej niż 45 °, stopień polaryzacji wzrasta ze względu na większy kąt załamania, ale nie przekracza 20%.

Dwójłomność

Można łatwo zaobserwować inny efekt związany z polaryzacją. Lód jest dwójłomny , więc ma nieco inne współczynniki załamania światła o różnych kierunkach polaryzacji. Dlatego promienie słoneczne są rozszczepiane podczas przechodzenia przez lodową płytę nie tylko ze względu na ich kolor, ale także zgodnie z kierunkiem ich polaryzacji. Promieniowo spolaryzowana część światła słonecznego jest słabiej odchylana w kryształku lodu niż część spolaryzowana stycznie. Podsłońce składające się ze światła spolaryzowanego promieniowo wydaje się zatem o 0,11 ° bliżej Słońca niż światło składające się ze światła spolaryzowanego stycznie. Różnica kątów jest niewielka (odpowiada tylko około jednej czwartej średnicy księżyca), ale można ją łatwo określić , obracając filtr polaryzacyjny, jeśli na przykład w pobliżu znajdują się wyraźne struktury chmur jako punkt odniesienia.

120 ° słońc

Parasole

120 ° sub-słońce z częścią poziomego koła. Obie powstają w wyniku odbicia promieni słonecznych na pionowych powierzchniach kryształków lodu.

Znacznie rzadziej niż 22 ° słońca - a mianowicie tylko przez jeden lub dwa dni w roku - są słońca, które również znajdują się na wysokości słońca, ale w odległości 120 ° od niego („paranthelia”). Dla obserwatora wyglądają jak białawe, bezbarwne plamy. Tutaj również przyczyną są płatki kryształków lodu, ale odchylenie wiązki światła następuje przez odbicie zamiast załamania. Odbicie następuje na pionowych powierzchniach bocznych poziomo leżących płytek lodu. Wiązka światła przechodząca przez górną powierzchnię płyty odbija się dwukrotnie od wewnątrz na powierzchniach bocznych i odchylana o 120 °. Opuszcza płytkę przez powierzchnię podłogi pod tym samym kątem odpowiadającym wysokości słońca, z którym wszedł do płytki. Jeśli uderzy w oko obserwatora, obserwator dostrzeże plamkę światła na tej samej wysokości co słońce, ale ponieważ światło jest odchylane w innym kierunku. Ponieważ odbicie nie jest zależne od długości fali, nie następuje rozszczepienie koloru.

Koło poziome

Jeśli na prostopadłej powierzchni kryształu występuje tylko jedno odbicie, to kąt odchylenia zależy od przypadkowego ustawienia prostopadłej powierzchni względem promieni świetlnych, podczas gdy kąt nachylenia promieni świetlnych pozostaje niezmieniony podczas odbicia. Rezultatem jest bezbarwny pierścień, który jest równoległy do ​​horyzontu na wysokości słońca, poziomy okrąg . Płytki kryształków lodu, których boki wytwarzają podsłońce 120 ° po podwójnym odbiciu, również zapewniają pionowe boki dla prostego odbicia, tak że często można obserwować 120 ° sub-słońca razem z poziomym kołem. Okręgi poziome mogą jednak powstawać również w wyniku pojedynczych odbić na pionowych powierzchniach innych form kryształów, gdzie podwójne odbicia nie są możliwe, jak w przypadku płytek krwi. Następnie pojawia się poziome koło bez tarasu słonecznego.

obserwacja

Często słońca pojawiają się tylko jako niepozorne jasne plamy. Po lewej stronie zdjęcia jest słońce, po prawej słaby taras słoneczny.

Wtórne słońca wymagają płatków kryształków lodu w atmosferze. Cirrus zawsze składa się z kryształków lodu, nawet jeśli niekoniecznie z płytek krwi. Jeśli w odległości 22 ° na lewo lub na prawo od słońca występują szczyty pierzastych chmur, należy się spodziewać wystąpienia słońc wtórnych, jeśli te szczyty pierzastych zawierają płytki krwi.

Oprócz typowych chmur pierzastych ( Cirrus fibratus ) i owiec ( Cirrocumulus ), chmury cirrus mogą również występować jako przezroczysta, rozproszona i słabo ustrukturyzowana pokrywa chmur ( Cirrostratus ). Obecność chmur lodowych nie zawsze jest wtedy oczywista, ale możliwe są boczne słońca. Smugi mogą również zawierać płytki kryształków lodu i powodować promienie słoneczne. Kryształy lodu mogą również znajdować się w pobliżu obserwatora - na przykład kryształki lodu mogą unosić się w powietrzu jako „ migoczący śnieg ” lub „ polarny śnieg ” w wystarczająco niskich temperaturach .

W wielu przypadkach słońce pojawia się tylko jako nieznacznie zauważalne pojaśnienie lub lekkie, przeważnie czerwonawe przebarwienie. Zostaną wtedy zauważone tylko przez obserwatorów, którzy ich szukają. Dla większości obserwatorów odległość kątowa między koniuszkami kciuka a małym palcem rozłożonej dłoni na wyciągniętym ramieniu wynosi około 20 stopni , dzięki czemu możliwe jest łatwe określenie możliwych lokalizacji słońc.

Galeria

Symbol artystyczny

Zobacz też

literatura

linki internetowe

Commons : Nebensonne  - album ze zdjęciami, filmami i plikami audio
Wikisłownik: Nebensonne  - wyjaśnienia znaczeń, pochodzenie słów, synonimy, tłumaczenia

Uwagi

  1. Sześciokąt można traktować jako uzupełniony w celu utworzenia równobocznego trójkątnego graniastosłupa poprzez wycięcie trójkątów równobocznych na trzech bokach sześciokąta. Dwa sześciokątne boki, które załamują rozważaną wiązkę światła, należą do boków, które pozostają wolne.
  2. Również inaczej nachylone płytki krwi wytwarzają pierścienie, ale ponieważ padanie światła nie znajduje się w płaszczyźnie płytek krwi, powstają większe pierścienie, jak opisano w poprzednim akapicie, które leżą w jaśniejszym obszarze pierścienia 22 °, zachodzą na siebie i nie pojawiają się osobno .
  3. Diagram pokazuje ścieżkę wiązki dla lewego sub-słońca, w tym przypadku jest to prawa krawędź sub-słońca, która znajduje się bliżej Słońca i dlatego jest zabarwiona na czerwono. Na diagramie niebieski promień znajduje się na prawo od czerwonego promienia; obserwator, w którego oku pada czerwony promień tego kryształu, nie widzi tego niebieskiego promienia (który przechodzi przez oko), ale niebieski promień z innego kryształu leżącego dalej na lewo.
  4. a b Promieniowo spolaryzowane średnie: Dla obserwatora kierunek polaryzacji jest równoległy do ​​linii łączącej obserwowany kryształ lodu i Słońce. Środki styczne: Kierunek polaryzacji jest prostopadły do ​​tej linii łączącej.
  5. W tym przypadku wszystkie promienie są odchylane o ten sam kąt. W przeciwieństwie do 22 ° sub-słońca, nie jest to ciągłość kątów odchylenia z maksimum światła przy minimalnym kącie odchylenia.

Indywidualne dowody

  1. Parasole (EE02 / 03) . meteoros.de; Źródło 25 lutego 2016 r
  2. M. Vollmer: gra świateł w powietrzu. Elsevier, Monachium 2013, ISBN 978-3-8274-3092-2 , s. 153
  3. M. Vollmer: gra świateł w powietrzu. Elsevier, Monachium 2013, ISBN 978-3-8274-3092-2 , s. 169
  4. M. Vollmer: gra świateł w powietrzu. Elsevier, Monachium 2013, ISBN 978-3-8274-3092-2 , s. 157
  5. a b c d e M. Vollmer: gra świateł w powietrzu. Elsevier, Monachium 2013, ISBN 978-3-8274-3092-2 , s. 162
  6. M. Vollmer: gra świateł w powietrzu. Elsevier, Monachium 2013, ISBN 978-3-8274-3092-2 , s. 164
  7. H. Häckel: Atlas kolorów zjawisk pogodowych. Ulmer, Stuttgart 1999, ISBN 3-8001-3511-6 , s. 88
  8. a b M. Vollmer: gra świateł w powietrzu. Elsevier, Monachium 2013, ISBN 978-3-8274-3092-2 , s. 160
  9. Umiejętności GP: Światło spolaryzowane w przyrodzie. Cambridge University Press, Cambridge 1985, ISBN 0-521-25862-6 , s.62
  10. a b Umiejętności lekarza ogólnego : Światło spolaryzowane w przyrodzie. Cambridge University Press, Cambridge 1985, ISBN 0-521-25862-6 , s. 63
  11. Umiejętności GP: Światło spolaryzowane w przyrodzie. Cambridge University Press, Cambridge 1985, ISBN 0-521-25862-6 , s. 64
  12. 120 ° słońc (EE18 / 19) . meteoros.de; dostęp 1 marca 2016 r
  13. a b M. Vollmer: gra świateł w powietrzu. Elsevier, Monachium 2013, ISBN 978-3-8274-3092-2 , s. 175f