РЕФРАКТИВ НА СВЕТЛИНАТА ПРИ ПРЕХОД ОТ ВОДА КЪМ ВЪЗДУХ
Пръчка, потопена във вода, лъжица в чаша чай, поради пречупването на светлината върху повърхността на водата, ни се струва пречупена.
Поставете монета на дъното на непрозрачен контейнер, така че да не се вижда. Сега налейте вода в съда. Монетата ще бъде видима. Обяснението на този феномен е ясно от видеото.
Погледнете дъното на резервоара и се опитайте да оцените неговата дълбочина. Най-често не успява да го направи правилно.
Нека проследим по-подробно как и колко ни се струва намалена дълбочината на водоема, ако го погледнем отгоре.
Нека H (фиг. 17) е истинската дълбочина на резервоара, на дъното на който има малък предмет, например камъче. Отразената от него светлина се разминава във всички посоки. Определен лъч лъчи пада върху повърхността на водата в точка О отдолу под ъгъл а 1, пречупва се на повърхността и удря окото. В съответствие със закона за пречупване можете да напишете:
но тъй като n 2 = 1, тогава n 1 sin a 1 = sin ϒ 1.
Пречупеният лъч попада в окото в точка B. Имайте предвид, че не един лъч попада в окото, а сноп лъчи, чието напречно сечение е ограничено от зеницата на окото.
На фигура 17 лъчът е показан с тънки линии. Този лъч обаче е тесен и можем да пренебрегнем напречното му сечение, приемайки го за линията AOB.
Окото проектира A в точка A 1, а дълбочината на резервоара ни изглежда равна на h.
От фигурата се вижда, че видимата дълбочина на резервоара h зависи от истинската стойност на H и от ъгъла на наблюдение ϒ 1.
Нека изразим тази зависимост математически.
От триъгълници AOC и A 1 OC имаме:
Елиминирайки ОС от тези уравнения, получаваме:
Като се има предвид, че a = ϒ 1 и sin ϒ 1 = n 1 sin a 1 = n sin a, получаваме:
В тази формула зависимостта на видимата дълбочина на резервоара h от истинската дълбочина H и ъгъла на наблюдение не се появява ясно. За по-ясно представяне на тази зависимост ще я изразим графично.
На графиката (фиг. 18) абсцисата показва стойностите на ъглите на наблюдение в градуси, а ординатата показва съответните видими дълбочини h във части от действителната дълбочина H. Получената крива показва, че при малки ъгли на наблюдение, видимата дълбочина
е около ¾ действителен и намалява с увеличаване на ъгъла на гледане. При ъгъл на наблюдение a = 47 ° се получава пълно вътрешно отражение и лъчът от водата не може да излезе.
МИРАЖИ
В нехомогенна среда светлината се разпространява нелинейно. Ако си представим среда, в която индексът на пречупване се променя отдолу нагоре и мислено я разделим на тънки хоризонтални слоеве,
след това, като се имат предвид условията за пречупване на светлината при прехода от слой към слой, отбелязваме, че в такава среда светлинният лъч трябва постепенно да променя посоката си (фиг. 19, 20).
Светлинният лъч претърпява такова изкривяване в атмосферата, при което по една или друга причина, главно поради неравномерното му нагряване, показателят на пречупване на въздуха се променя с височината (фиг. 21).
Въздухът обикновено се нагрява от почвата, която поглъща енергия от слънчевите лъчи. Поради това температурата на въздуха намалява във височина. Известно е също, че плътността на въздуха също намалява с височината. Установено е, че с увеличаване на надморската височина коефициентът на пречупване намалява, поради което преминаващите през атмосферата лъчи се огъват, огъвайки се към Земята (фиг. 21). Това явление се нарича нормално атмосферно пречупване. В резултат на пречупването небесните тела ни изглеждат донякъде "издигнати" (по-високи от истинската им височина) над хоризонта.
Изчислено е, че атмосферното пречупване "вдига" обекти, разположени на височина 30° с 1 "40", на височина 15° - до Z "ZO", на височина 5° - с 9 "45". За телата на хоризонта тази стойност достига 35. „Тези цифри се отклоняват в една или друга посока, в зависимост от налягането и температурата на атмосферата. Въпреки това по една или друга причина въздушните маси с температура по-висока от по-ниските слоеве. Те може да бъде донесен от ветрове от горещи страни, например от горещата пустиня.Ако по това време в долните слоеве има студен, гъст въздух на антициклона, тогава явлението на пречупване може значително да се увеличи и лъчите на светлината, излъчвани от земни обекти нагоре под определен ъгъл спрямо хоризонта, могат да се върнат обратно на земята (фиг. 22).
Въпреки това, може да се случи, че близо до повърхността на Земята, поради силното си нагряване, въздухът се нагрява толкова много, че коефициентът на пречупване на светлината в близост до почвата стане по-малък, отколкото на определена височина над почвата. Ако в същото време времето е спокойно, тогава това състояние може да продължи доста дълго време. Тогава лъчите от обекти, падащи под някакъв доста голям ъгъл спрямо земната повърхност, могат да бъдат огънати, така че, описвайки дъга близо до земната повърхност, да преминат отдолу нагоре (фиг. 23а). Възможен е и случаят, показан на Фигура 236.
Описаните по-горе условия в атмосферата обясняват появата на интересни явления - атмосферни миражи. Тези явления обикновено се разделят на три класа. Първият клас включва най-често срещаните и прости по произход, така наречените езерни (или по-ниски) миражи, които предизвикват толкова много надежди и разочарования сред пустинните пътешественици.
Френският математик Гаспар Монж, който участва в египетската кампания от 1798 г., описва впечатленията си от миражите на този клас по следния начин:
„Когато повърхността на Земята е много гореща от Слънцето и едва започва да се охлажда преди здрач, познатият терен вече не се простира до хоризонта, както през деня, а се превръща, както изглежда, на около една лига разстояние в непрекъснат наводнение.
По-далечните села изглеждат като острови в средата на огромно езеро. Под всяко село има преобърнато му отражение, само че не е рязко, не се виждат дребни детайли, като отражение във вода, люлееща се от вятъра. Ако започнете да се приближавате до село, което сякаш е заобиколено от наводнение, брегът на въображаемата вода продължава да се отдалечава, водният ръкав, който ни отделяше от селото, постепенно се стеснява, докато изчезне напълно, а езерото ... сега започва зад това село, отразяващо селата, разположени по-нататък ”(фиг. 24).
Обяснението за това явление е просто. Долните слоеве въздух, затоплени от почвата, все още не са имали време да се издигнат нагоре; техният коефициент на пречупване на светлината е по-малък от горните. Следователно светлинните лъчи, излъчвани от предмети (например от точка В на палма, фиг. 23а), огъващи се във въздуха, попадат в окото отдолу. Окото проектира лъч към точка B 1. Същото се случва и с лъчите, идващи от други точки на обекта. Обектът изглежда на наблюдателя като преобърнат.
Откъде идва водата? Водата е отражение на небосвода.
Няма нужда да пътувате до Африка, за да видите мираж. Може да се наблюдава в горещ, тих летен ден и над затоплената повърхност на асфалтовата магистрала.
Миражите от втория клас се наричат миражи с горно или далечно виждане. „Нечувано чудо“, описано от Н. В. Гогол, е най-много като тях. Ето описанието на няколко такива миражи.
От Френската Ривиера в ранна ясна сутрин от водите на Средиземно море, от хоризонта се издига тъмна верига от планини, в която жителите разпознават Корсика. Разстоянието до Корсика е повече от 200 км, така че за видимост не може да се говори.
На английския бряг, близо до Хейстингс, можете да видите френското крайбрежие. Според натуралиста Nie-digue „близо до Реджо в Калабрия, срещу сицилианското крайбрежие и град Месина, на моменти във въздуха се виждат цели непознати райони с пасищни стада, кипарисови горички и замъци. След като останаха във въздуха за кратко, миражите изчезват."
Миражите на далечни разстояния се появяват, когато горните слоеве на атмосферата са особено разредени по някаква причина, например когато там попадне нагрят въздух. Тогава лъчите, излъчвани от земни обекти, се огъват повече и достигат до земната повърхност, отивайки под голям ъгъл към хоризонта. Окото на наблюдателя ги проектира в посоката, в която влизат в него.
Очевидно пустинята Сахара е виновна за това, че по средиземноморското крайбрежие се наблюдават голям брой миражи с далечно виждане. Горещи въздушни маси се издигат над него, след което се отвеждат на север и създават благоприятни условия за появата на миражи.
Горни миражи се наблюдават и в северните страни, когато духат топли южни ветрове. Горните слоеве на атмосферата се нагряват, а долните - охлаждат поради наличието на големи маси топящ се лед и сняг.
Понякога има едновременни предни и обратни изображения на обекти. Фигури 25-27 показват точно такива явления, наблюдавани в арктическите ширини. Очевидно над Земята има редуващи се по-плътни и по-разредени слоеве въздух, огъващи лъчите на светлината приблизително, както е показано на фигура 26.
Миражите от трети клас - ултрадалечно зрение - са трудни за обяснение. Ето описание на няколко от тях.
„Въз основа на свидетелствата на няколко надеждни лица“, пише К. Фламарион в книгата си „Атмосфера“, „мога да докладвам за миража, видян в град Вервие (Белгия) през юни 1815 г. Една сутрин жителите на града видяха армия в небето и беше толкова ясно, че беше възможно да се различат костюмите на артилеристите, оръдие със счупено колело, което щеше да падне ... Това беше сутринта на битката при Ватерло!" Разстоянието по права линия между Ватерло и Вервие е 105 км.
Има случаи, когато миражи са наблюдавани на разстояние от 800, 1000 и повече километра.
Ето още един поразителен случай. През нощта на 27 март 1898 г., насред Тихия океан, екипажът на бременския кораб „Матадор” се уплашил от видение. Около полунощ екипажът забеляза кораб на около две мили (3,2 км) от силна буря.
Това беше още по-изненадващо, тъй като наоколо беше спокойно. Корабът пресича курса на "Матадор" и имаше моменти, в които изглеждаше, че сблъсъкът на кораби е неизбежен... Екипажът на "Матадор" видя как по време на една силна вълна, удряща неизвестен кораб в капитанската кабина, светлината изгасна, която се виждаше през цялото време в два прозореца... След известно време корабът изчезна, като понесе вятъра и вълните със себе си.
Въпросът беше изяснен по-късно. Оказа се, че всичко това се случва с друг кораб, който по време на „визията“ е от „Матадор“ на разстояние 1700 км.
По какви пътища преминава светлината през атмосферата, така че да се запазят различни изображения на обекти на толкова големи разстояния? Все още няма точен отговор на този въпрос. Бяха направени предположения за образуването на гигантски въздушни лещи в атмосферата, закъснението на вторичния мираж, тоест миража от миража. Възможно е тук роля да играе йоносферата *, отразяваща не само радиовълните, но и светлинните вълни.
Очевидно описаните явления имат същия произход като други миражи, наблюдавани по моретата, носещи името „Летящ холандец” или „Фата Моргана”, когато моряците виждат призрачни кораби, след което изчезват и всяват страх у суеверните хора.
ДЪГА
Дъгата е красиво небесно явление - винаги е привличала вниманието на човек. В старите времена, когато хората все още знаеха много малко за света около тях, дъгата се смяташе за „небесен знак“. И така, древните гърци смятали, че дъгата е усмивката на богинята Ирис.
Дъга се наблюдава от противоположната страна на Слънцето, на фона на дъждовни облаци или дъжд. Многоцветна дъга обикновено се намира на разстояние 1-2 km от наблюдателя, понякога може да се наблюдава на разстояние 2-3 m на фона на водни капчици, образувани от фонтани или водни пръски.
Центърът на дъгата е разположен върху продължението на правата линия, свързваща Слънцето и окото на наблюдателя - на антислънчевата линия. Ъгълът между посоката към главната дъга и антислънчевата линия е 41-42° (фиг. 28).
В момента на изгрев, антислънчевата точка (точка М) е на хоризонта и дъгата изглежда като полукръг. С изгряване на Слънцето антислънчевата точка пада под хоризонта и размерът на дъгата намалява. Представлява само част от кръг. За наблюдател, който е високо, например на. самолет, дъгата изглежда като пълен кръг със сянката на наблюдателя в центъра.
Често се наблюдава съпътстваща дъга, концентрична с първата, с ъглов радиус от около 52 ° и обърнати цветове.
При височина на Слънцето от 41° основната дъга престава да се вижда и само част от съпътстващата дъга стърчи над хоризонта, а при височина на Слънцето повече от 52°, съпътстващата дъга също не се вижда. Следователно в средните и екваториалните ширини в обедните часове този природен феномен никога не се наблюдава.
Дъгата, подобно на спектъра, има седем основни цвята, плавно преминаващи един в друг. Видът на дъгата, яркостта на цветовете, ширината на ивиците зависят от размера на водните капчици и техния брой. Големите капки създават по-тясна дъга с рязко откроени цветове, малките създават неясна, избледняла и дори бяла дъга. Ето защо ярка тясна дъга се вижда през лятото след гръмотевична буря, по време на която падат големи капки.
За първи път теорията за дъгата е дадена през 1637 г. от Р. Декарт. Той обясни дъгата като явление, свързано с отразяването и пречупването на светлината в дъждовните капки.
Образуването на цветовете и тяхната последователност бяха обяснени по-късно, след решаване на сложната природа на бялата светлина и нейната дисперсия в средата. Теорията на дифракцията на дъгата е разработена от Ери и Пертнер.
Нека разгледаме най-простите случаи: нека лъч от успоредни слънчеви лъчи падне върху капка с формата на топка (фиг. 29). Лъч, падащ върху повърхността на капка в точка А, се пречупва вътре в нея съгласно закона за пречупването: n 1 sin a = n 2 sin β, където n 1 = 1, n 2 ≈ 1,33 са коефициентите на пречупване на въздуха и вода, съответно a е ъгълът на падане, β е ъгълът на пречупване на светлината.
Вътре в капката лъчът върви по правата линия AB. В точка B лъчът е частично пречупен и частично отразен. Имайте предвид, че колкото по-малък е ъгълът на падане в точка B и следователно в точка A, толкова по-нисък е интензитетът на отразения лъч и толкова по-голям е интензитетът на пречупения лъч.
След отражение в точка B, лъчът AB преминава под ъгъл β 1 "= β 1 и удря точка C, където също се получава частично отражение и частично пречупване на светлината. Пречупеният лъч напуска капката под ъгъл y2, а отразеният лъч може да премине по-нататък, до точка D и По този начин светлинен лъч в капка претърпява многократно отражение и пречупване.При всяко отражение някои от светлинните лъчи изгасват и интензитетът им вътре в капката намалява.Трудно е обаче да се наблюдава той, тъй като се губи на фона на ярка пряка слънчева светлина, докато лъчите, пречупени в точка C, заедно създават първична дъга на фона на тъмен облак, а лъчите, пречупени в точка D
дават вторична дъга, която, както следва от казаното, е по-малко интензивна от първичната.
За случая К = 1 получаваме Θ = 2 (59 ° 37 "- 40 ° 26") + 1 = 137 ° 30 ".
Следователно ъгълът на наблюдение на дъгата от първи ред е:
φ 1 = 180 ° - 137 ° 30 "= 42 ° 30"
За лъча DE "даващ дъга от втори порядък, тоест в случая K = 2, имаме:
Θ = 2 (59 ° 37 "- 40 ° 26") + 2 = 236 ° 38 ".
Ъгълът на наблюдение на дъгата от втори ред е φ 2 = 180 ° - 234 ° 38 "= - 56 ° 38".
От това следва (това се вижда и от фигурата), че в разглеждания случай дъга от втори ред не се вижда от земята. За да бъде видима, светлината трябва да влезе в капката отдолу (фиг. 30, б).
Когато се разглежда образуването на дъга, трябва да се вземе предвид още едно явление - неравномерното пречупване на светлинни вълни с различна дължина, тоест на светлинни лъчи с различни цветове. Това явление се нарича дисперсия. Поради дисперсията, ъглите на пречупване ϒ и ъглите на отклонение на лъчите Θ в капка са различни за лъчите с различни цветове. Пътят на три лъча - червен, зелен и лилав - е показан схематично на фигура 30, а за дъга от първи ред и на фигура 30, b за дъга от втори ред.
От фигурите се вижда, че последователността на цветовете в тези дъги е противоположна.
Най-често виждаме една дъга. Не са необичайни случаите, когато в небосвода се появяват едновременно две ивици на дъгата, разположени една над друга; наблюдават обаче доста рядко и дори по-голям брой небесни дъги на дъгата - три, четири и дори пет едновременно. Това интересно явление е наблюдавано от ленинградците на 24 септември 1948 г., когато следобед сред облаците над Нева се появяват четири дъги. Оказва се, че дъгата може да възникне не само от пряка слънчева светлина; доста често се появява в отразените лъчи на слънцето. Това може да се види по бреговете на морски заливи, големи реки и езера. Три или четири такива дъги - обикновени и отразени - понякога създават красива картина. Тъй като слънчевите лъчи, отразени от водната повърхност, отиват отдолу нагоре, дъгата, образувана в тези лъчи, понякога може да изглежда напълно необичайна.
Не бива да се мисли, че дъгата може да се наблюдава само през деня. Случва се и през нощта, но винаги е слабо. Можете да видите такава дъга след нощен дъжд, когато луната наднича иззад облаците.
Някакво подобие на дъга може да се получи в следния експеримент. Вземете колба с вода, осветете я със слънчева светлина или лампа през дупката в бялата дъска. Тогава на дъската ще се вижда ясно дъгата (фиг. 31, а), а ъгълът на отклонение на лъчите в сравнение с първоначалната посока ще бъде около 41-42 ° (фиг. 31.6). При естествени условия няма екран, изображението се появява върху ретината на окото и окото проектира това изображение върху облаците.
Ако дъгата се появи вечер преди залез слънце, тогава се наблюдава червена дъга. В последните пет-десет минути преди залез слънце всички цветове на дъгата, с изключение на червения, изчезват, става много ярка и видима дори десет минути след залез.
Красива гледка е дъгата върху росата.
Може да се наблюдава при изгрев слънце върху покритата с роса трева. Тази дъга има форма на хипербола.
НИМБЕС
Гледайки дъгата на поляна, неволно ще забележите невероятен небоядисан ореол от светлина - ореол, който обгражда сянката на главата ви. Това не е оптична илюзия или контрастен феномен. Когато сянка падне върху пътя, ореолът изчезва. Какво е обяснението за това интересно явление? Капките роса със сигурност играят важна роля тук, защото когато росата изчезне, явлението изчезва.
За да разберете причината за явлението, направете следния експеримент. Вземете сферична колба с вода и я поставете на слънчева светлина. Нека тя представлява капка. Поставете парче хартия близо до гърба на колбата, което ще действа като билката. Погледнете крушката под нисък ъгъл спрямо посоката на падащите лъчи. Ще го видите ярко осветен от лъчи, отразени от хартията. Тези лъчи отиват почти точно към лъчите на Слънцето, падащи върху крушката. Преместете очите си малко встрани и яркото осветление на крушката вече не се вижда.
Тук имаме работа не с дифузен, а с насочен лъч светлина, излъчван от светло петно върху хартията. Крушката действа като леща, която насочва светлината към нас.
Лъч от успоредни слънчеви лъчи след пречупване в крушка дава на хартия повече или по-малко фокусирано изображение на Слънцето под формата на светло петно. От своя страна доста голяма част от светлината, излъчвана от петното, се улавя от крушката и след пречупване в нея се насочва обратно към Слънцето, включително в очите ни, тъй като ние стоим с гръб към Слънцето. Оптични недостатъци на нашия обектив - крушките дават някакъв разсеян светлинен поток, но все пак основният светлинен поток, излъчван от светло петно върху хартията, е насочен към Слънцето. Но защо светлината, отразена от стръкчетата на тревата, не е зелена?
Всъщност има слаб зеленикав оттенък, но е предимно бял, както и светлина, отразена насочено от гладки боядисани повърхности, като отблясъци от зелена или жълта дъска или витражи.
Но капките роса не винаги са сферични. Те могат да бъдат изкривени. Тогава някои от тях насочват светлината встрани, но тя преминава през очите. Други капчици, като тези, показани на фигура 33, имат такава форма, че падащата върху тях светлина след едно или две отражения се насочва обратно към Слънцето и пада в очите на наблюдателя с гръб към него.
И накрая, трябва да се отбележи още едно гениално обяснение на това явление: само онези листа от тревата, върху които пада пряката светлина на Слънцето, тоест тези, които не са затъмнени от други листа от посоката на Слънцето, отразяват светлината насочено. Ако вземем предвид, че листата на повечето растения винаги обръщат равнината си към Слънцето, тогава е очевидно, че ще има доста такива отразяващи листа (фиг. 33, д). Следователно ореолите могат да се наблюдават и при липса на роса, на повърхността на гладко окосена ливада или компресирано поле.
МОУ "Средно училище № 8"
Практическа работа по физика
Феноменът рефракция е в основата на работата на рефракторните телескопи (за научни и практически цели, включително преобладаващата част от телескопите, биноклите и други устройства за наблюдение), лещите за фотографски, филмови и телевизионни камери, микроскопи, лупи, очила, прожекционни устройства, приемници и оптични предаватели на сигнал, мощни концентратори на светлинен лъч, призмични спектроскопи и спектрометри, призмични монохроматори и много други оптични устройства, съдържащи лещи и/или призми. Необходимо е да се вземе предвид при изчисляване на работата на почти всички оптични устройства. Всичко това се отнася за различни диапазони на електромагнитния спектър.
В акустиката е особено важно да се вземе предвид пречупването на звука при изследване на разпространението на звука в нехомогенна среда и, разбира се, на интерфейса между различни среди. В технологията може също да е важно да се вземе предвид пречупването на вълни от различно естество, например водни вълни, различни вълни в активна среда и т.н.
Пречупване в ежедневието
Пречупването се случва на всяка стъпка и се възприема като съвсем обикновено явление: виждате как лъжица, която е в чаша чай, ще бъде „счупена“ на границата на водата и въздуха. Тук е уместно да се отбележи, че това наблюдение, като се има предвид некритично възприятие, дава погрешна представа за знака на ефекта: привидното счупване на лъжицата се случва в посока, обратна на реалното пречупване на светлинните лъчи.
Пречупването и отразяването на светлината във водните капчици създава дъга.
М 
Многократното пречупване (отчасти и отражение) в малки прозрачни елементи на структурата (снежинки, хартиени влакна, мехурчета) обяснява свойствата на матовите (неогледални) отразяващи повърхности, като бял сняг, хартия, бяла пяна.
Много интересни ефекти се приписват на пречупването в атмосферата. Например, при определени метеорологични условия Земята (от малка надморска височина) може да изглежда като вдлъбната купа (а не част от изпъкнала топка).
Мираж.
М 
ярост (фр.mirage)- оптично явление в атмосферата: отражение на светлината от границата между слоеве въздух, които са рязко различни по плътност. За наблюдателя такова отражение се състои във факта, че заедно с отдалечен обект (или част от небето) се вижда неговият виртуален образ, изместен спрямо обекта.
Класификация
Миражите са разделени на долни, видими под обекта, горни - над обекта и странични.
Низден мираж
Наблюдава се с много голям вертикален температурен градиент (спадането му с височина) върху прегрята равна повърхност, често пустиня или асфалтов път. Виртуалното изображение на небето създава илюзията за вода на повърхността. Така че пътят, който отива в далечината в горещ летен ден, изглежда мокър
Горен мираж
Наблюдаван над студената земна повърхност с обърнато разпределение на температурата (нарастващо с височина)
Страничен мираж
Понякога се вижда близо до много горещи стени или скали.
Фата Моргана
Сложните явления на мираж с рязко изкривяване на външния вид на обектите се наричат Fata Morgana.
Халюцинаторни
Някои миражи могат да бъдат причинени от халюцинации в резултат на прегряване и дехидратация.
Полярни светлини.
Полярни светлини- сиянието (луминесценцията) на горните слоеве на атмосферите на планетите с магнитосфера, поради взаимодействието им със заредени частици на слънчевия вятър.
Природата на сиянието
NS 
Полярните сияния възникват в резултат на бомбардирането на горните слоеве на атмосферата със заредени частици, движещи се към Земята по силовите линии на геомагнитното поле от област от околоземното пространство, наречена плазмен слой. Проекцията на плазмения слой по линиите на геомагнитното поле върху земната атмосфера е под формата на пръстени, обграждащи северния и южния магнитен полюс (аврорални овали). Космическата физика се занимава с идентифициране на причините, водещи до утаяване на заредени частици от плазмения слой. Експериментално е установено, че ориентацията на междупланетното магнитно поле и големината на плазменото налягане на слънчевия вятър играят ключова роля за стимулиране на валежите.
В много ограничена област на горните слоеве на атмосферата полярните сияния могат да бъдат причинени от нискоенергийни заредени частици на слънчевия вятър, навлизащи в полярната йоносфера през северните и южните полярни куспиди. В северното полукълбо полярните сияния могат да се наблюдават над Свалбард в обедните часове.
Когато енергийни частици от плазмения слой се сблъскат с горните слоеве на атмосферата, атомите и молекулите на газовете, включени в неговия състав, се възбуждат. Излъчването на възбудените атоми във видимия диапазон се наблюдава като сияние. Авроралните спектри зависят от състава на атмосферите на планетите: например, ако за Земята емисионните линии на възбуден кислород и азот във видимия диапазон са най-ярки, то за Юпитер - емисионните линии на водород в ултравиолетовите.
Тъй като йонизацията от заредени частици протича най-ефективно в края на пътя на частицата и плътността на атмосферата намалява с височината в съответствие с барометричната формула, височината на появата на полярните сияния зависи доста силно от параметрите на атмосферата на планетата , така че за Земята с нейния доста сложен атмосферен състав, червеното сияние на кислорода се наблюдава на височини от 200-400 km, а комбинираното сияние на азот и кислород - на височина от ~ 110 km. Освен това тези фактори определят и формата на сиянията - замъглена горна и доста остри долни граници. (виж фиг. 3).
NS 
полярни светлини на земята
Полярните сияния се наблюдават главно във високите ширини на двете полукълба в овални зони-пояси, обграждащи магнитните полюси на Земята - аврорални овали. Диаметърът на авроралните овали е ~ 3000 km по време на тихото Слънце, от дневната страна границата на зоната е 10-16 ° от магнитния полюс, от нощната страна - 20-23 °. Тъй като магнитните полюси на Земята са на ~ 12 ° отдалечени от географските полюси, полярните сияния се наблюдават на ширини 67-70 °, но по време на слънчевата активност полярният овал се разширява и полярните сияния могат да се наблюдават на по-ниски ширини - 20-25 ° южно или северно от границите им.нормално проявление.
Полярните сияния се появяват много по-често през пролетта и есента, отколкото през зимата и лятото. Пикът на честотата се пада на периодите, най-близки до пролетното и есенното равноденствие. По време на сиянието се отделя огромно количество енергия за кратко време (по време на едно от смущенията, регистрирани през 2007 г. - 5x1014 джаула, приблизително същото като при земетресение с магнитуд 5,5.
Когато се гледа от повърхността на Земята, Аврората се проявява под формата на общ бързо променящ се блясък на небето или движещи се лъчи, ивици, корони, "завеси". Продължителността на сиянията варира от десетки минути до няколко дни.
Аврори от други планети в Слънчевата система
М 
Агнитните полета на планетите-гиганти на Слънчевата система са много по-силни от магнитното поле на Земята, което определя по-големия мащаб на сиянията на тези планети в сравнение със сиянията на Земята. Характерна особеност на наблюденията от Земята (и като цяло от вътрешните региони на Слънчевата система) на планетите-гиганти е, че те са обърнати към наблюдателя със страната, осветена от Слънцето и във видимия обхват техните сияния се губят в отразената слънчева светлина. Въпреки това, поради високото съдържание на водород в техните атмосфери, излъчването на йонизиран водород в ултравиолетовия диапазон и ниското албедо на планетите-гиганти в ултравиолетовите, с помощта на извънатмосферни телескопи (космическият телескоп Хъбъл), доста ясно бяха получени изображения на сиянията на тези планети.
Характерна особеност на Юпитер е влиянието на неговите спътници върху сиянията: в областите на "проекции" на лъчи на магнитни силови линии върху авроралния овал на Юпитер се наблюдават ярки области на сиянието, възбудени от течения, причинени от движението на спътници в неговата магнитосфера и излъчването на йонизиран материал от спътници – последното е особено вярно в случая на Йо с неговия вулканизъм.
н 
Изображението от космическия телескоп Хъбъл на сиянието на Юпитер (фиг. 4) показва следните проекции: Йо (петно с „опашка“ по протежение на левия крайник), Ганимед (в центъра) и Европа (точно под и вдясно от следата на Ганимед) .
Винаги, когато се появи дъга, тя винаги се образува от играта на светлина върху капки вода. Обикновено това са дъждовни капки, понякога малки капки мъгла. На най-малките капчици, като тези, които съставляват облаци, дъгата не се вижда.
Дъгата възниква от факта, че слънчево светлината се пречупва във водни капчициокачени във въздуха. Тези капчици отклоняват светлината с различни цветове по различни начини, което води до разлагане на бяла светлина в спектър.
В ярка лунна нощ можете да видите дъга от луната... Тъй като човешкото зрение е проектирано по такъв начин, че окото възприема лошо цветовете при слаба светлина, лунната дъга изглежда белезникава; колкото по-ярка е светлината, толкова по-"оцветена" е дъгата.
Според старото английско вярване в подножието на всяка дъга може да се намери гърне със злато. Дори и сега има хора, които си въобразяват, че наистина могат да стигнат до подножието на дъгата и че там се вижда специална трептяща светлина.
Това е съвсем ясно дъгата не е на определено мястокато истинското нещо; това не е нищо повече от светлина, идваща в определена посока.
Най-често се наблюдава първична дъга, при което светлината претърпява едно вътрешно отражение. Пътят на лъчите е показан на фигурата по-долу. В първичната дъга червеното е извън дъгата, а ъгловият му радиус е 40-42 °.
Понякога можете да видите друга, по-малко ярка дъга около първата. то вторична дъга, при което светлината се отразява в капката два пъти. Във вторичната дъга редът на цветовете е обратен - лилаво отвън и червено отвътре. Ъгловият радиус на вторичната дъга е 50-53 °.
Редът на цветовете във втората дъга е обратен на реда в първата; те са обърнати един към друг с червени ивици.
Диаграма на образованието на Rainbow
- сферична капка,
- вътрешно отражение,
- първична дъга,
- пречупване,
- вторична дъга,
- входящ лъч светлина,
- път на лъча по време на образуването на първичната дъга,
- път на лъча по време на образуването на вторична дъга,
- наблюдател,
- зона за образуване на дъга,
- зона на образуване на дъгата.
- зона на образуване на дъгата.
Центърът на окръжността, която дъгата описва, винаги лежи на права линия, минаваща през Слънцето (Луната) и окото на наблюдателя, тоест е невъзможно да се види слънцето и дъгата едновременно, без да се използват огледала.
Всъщност дъгата е пълен кръг. Не можем да го проследим над хоризонта само защото не виждаме дъждовните капки да падат под нас.
От самолет или хълм можете да видите пълния кръг.
"Седемте цвята на дъгата"съществуват само във въображението. Това е риторична фраза, която живее толкова дълго, защото рядко виждаме нещата такива, каквито са в действителност. Всъщност цветовете на дъгата постепенно се сменят един в друг и само окото неволно ги обединява в групи.
Традицията за подчертаване в дъгата 7 цвятаотиде от Исак Нютон, за което числото 7 имаше специално символично значение (по питагорейски или по теологични причини). Традицията да се подчертават 7 цвята в дъгата не е универсална, например българите имат 6 цвята в дъгата.
За да запомните последователността на цветовете в дъгата, има мнемонични фрази, първите букви на всяка дума, в които съответстват на първите букви в имената на цветовете (червено, оранжево, жълто, зелено, синьо, синьо, лилаво
"ДА СЕвсеки О hotnik еиска снат, Где сходене еазан". "Как веднъж звънарът на Жак счупи фенер с главата си".
