Optilised nähtused atmosfääris (0)

Tallinna Ülikool
Matemaatik ja Loodusteaduste Instituut
Loodusteaduste osakond
Optilised nähtused atmosfääris
Referaat
Tallinn 2013

Sisukord

SISSEJUHATUS 3
MIRAAŽID 4
Alumine miraaž 4
Ülemine miraaž 4
HALOD 6
22° ja 46° halod 6
Kõrvalpäikesed 7
Sambad 8
Ülemised puutujakaared 8
Seniidiring 8
PEEGELDUS 10
VIRMALISED 12
VIKERKAAR 13
Aleksandri tume vöö 13
Uduvikerkaar 14
PÜHASÄRA 15
Opositsiooniefekt 15
TARA 16
GLOORIA 17
KOKKUVÕTE 19
KASUTATUD KIRJANDUS 21

SISSEJUHATUS

Optikanähtused on alati seotud valgusega . Valgusnähtuseks nimetatakse sündmust, mis on seotud valguse kadumise, tekkimise või muutumisega. Tühjas ruumis saab valgus liikuda otse aga kahe keskkonna vahel on võimalik valgusel peegelduda ja murduda. ( Kuusk 2005)
Koidu ajal muutub taevas heledamaks, eriti seal, kust päike tõusma hakkab. Sellega võivad kaasneda mitmesugused optilised nähtused, eriti taeva muutumine punakaks või roosakaks ( koidupuna ). Samasugused optilised nähtused toimuvad päikeseloojangule  järgneva eha ajal.
Optikanähtused saavad tekkida siis kui valgus kohtab oma teel takistusi, näiteks gaase või tahkeid kehasid, mis mõjutavad teatud kindlal moel valguse levimist. (Kamenik 20.06.2009)
Kui näeme taevas mõnda valget optikanähtust, on tegemist valguse peegeldumisega, kui värvilist, siis kas valguse murdumisega veepiiskades või jääkristallides või näiteks difraktsiooniga imeväikestes udupiiskades. (Kuusk 2005)
Oma referaadi kirjutamisel kasutasime U. Veismann’i ja R. Veskimäe raamatust Universum valguses ja vihmas A. Kuusk artiklit Optikanähtused taevas. Pikemalt peatusime sellistel atmosfääri optilistel nähtustel nagu varjud , peegeldused, pühasära, miraaž, vikerkaar, tarad ja glooria, halod, helkivad ööpilved ja virmalised. Peale nende on veel terve hulk nähtusi nagu näiteks päikesekoerad, roheline kiir, sinine kuu, Tyndalli efekt jpm millel me pikemalt ei peatu.

MIRAAŽID

Miraažid tekivad siis, kui valguskiired läbivad oma teel erineva tihedusega õhukihte. Miraaž kujutab endast reaalselt eksisteeriva objekti kujutist horisondi kohal ja enamasti on kujutis moonutatud. (Kamenik, 2011) Näiteks võivad muutuda nähtavaks silmapiiri taga olevad reaalsed objektid või on tõusva/loojuva päikese kuju moonutatud. Enamasti korraga olemas nii asukoha- kui ka kujumoonutus.
Miraaži põhjuseks on valguse suuna muutumine või peegeldumine atmosfääris, nii et valgus jõuab vaatlejani ebaharilikust kohast. Miraaži puhul on vajalikud erineva tihedustega õhukihtide olemasolu, sest valguse murdumisnäitaja sõltub keskkonnatihedusest, seega samuti õhu tihedusest. Kujutis võib olla kas päripidine või ümberpööratud . Eristatakse ülemist , alumist ja külgmiraaži. Külgmiraažide puhul tekib kujutis originaalobjektist paremale või vasakule

Alumine miraaž

Maapinnalähedases õhukihis võib tiheduste erinevuste tõttu samuti tekkida märgatav valguskiirte tee kõverdumine, mida nimetatakse maapinnalähedaseks refraktsiooniks.
Kui maapind kuumeneb tugevasti, siis langeb tavaliselt õhutemperatuur teatud õhukeses kihis ülimalt kiiresti ja seetõttu kõrguse suurenedes maapinnast õhu tihedus ei muutu või isegi kasvab. Seetõttu levivad valguskiired maapinnaga üpris paralleelselt või isegi kalduvad pisut kõrgemale ning nii tundub eemalasuv objekt olevat horisondist madalamal. Seda nimetatakse alumiseks miraažiks ja see on tüüpiline kõrbelistele aladele . Päikesepaistelise ilmaga võib tihti näha eeskätt asfaltteedel vesiseid laike või triipe. Ka see kuulub miraažide hulka ja tekib seetõttu, et tee kohal on tugevasti soojenenud õhukiht ja sealt peegeldub vastu taevas. Ka eemalasuvad autod võivad olla moonutatud väljanägemisega.

Ülemine miraaž

Kui valguse teekonnale jäävad erineva tihedusega õhukihid, siis liigub valgus nagu peeglite vahel ja võib väga kaugete vaatlejateni jõuda. Nii ilmuvadki nähtavale objektid, mis jääksid muidu horisondi taha. Kui maapinna lähedale koguneb/tekib väga külma õhu kiht, aga selle kohale jääb soojem õhukiht (inversioon), siis väheneb õhu tihedus kõrgusega esialgu väga kiiresti. Seetõttu kaldub valgus maapinna poole ning eemalasuvad objektid näivad olevad kõrgemale tõstetud. Seda nimetatakse ülemiseks miraažiks ja see on iseloomulik kohtadele, kuhu koguneb külm õhk ( nõod ja orud), jää- ja lumeväljadele. See on tüüpiline samuti siis, kui jaheda veekogu kohal on soe õhk. Mõnikord on madalal horisondi kohal asuv päike või kuu moonutatud väljenägemisega, sagedamini sakiliste servadega või lamenenud . Sellegi põhjuseks on erinevate tihedustega õhukihid, millelt peegeldub valgus nii, et see jõuab vaatlejani mitmest suunast . (Kamenik, 2011)
Kui erineva tihedusega õhukihid libisevad üksteise suhtes, siis näib ka objekt muutuvat ja liikuvat ning seda nimetatakse fatamorgaanaks. (Jüri Kamenik) Fatamorgaana on miraaž, mis tekib temperatuuri inversiooni tõttu. Tavaliselt võib seda näha külmale ööle järgneval hommikul , kui palju soojust on maa- või merepinnalt kosmosesse kiirgunud. Fatamorgaana puhul näivad horisondil olevad objektid, nagu saared, laevad, jäämäed või kaljud kõrgemad ja pikemad . Sageli on fatamorgaanat näha merel ja kõrbes. ( Davis , 1978 )

HALOD

Halod on valkjad või nõrgalt vikerkaarevärvilised ringikujulised optilised nähtused tugeva valgusallika ümber. Harvem võivad need olla ka poolringi, kaare või valgussamba kujuga . Looduses tekivad halonähtused Päikese või Kuu ümber, linnades võivad need tekkida ka võimsate tänavalaternate ümber. ( Jürissaar, 1999)
Halo tekib valguse ning jääkristallide koosmõjus. Halo kuju ning värvused ja nende paigutus sõltub eelkõige jääkristallide kujust ning paiknemisest ruumis. Lisaks on vaja, et jääkristallidest pilved või kogumid ei oleks nii tihedad , et neelaksid kogu või suurema osa valgusest. Oluline on otsekiirguse läbipääsemine. ( Kamenik, 2009 )
Kesk-Euroopa vaatluste andmeil esineb valepäikeseid 25,4%, ülemisi puutujakaari 22-kraadisele halole 6,7%, puutujakaari 46-kraadisele halole 4,0%,valgussambaid 2,5% ja rõhtringe 1,3%.
Halod võivad tekkida ka jää-udus, selle kohta on andmeid tulnud Antarktikast ja Jakuutiast.
Ajaloost on halodega seoses teada mitmeid huvitavaid ja naljakaid juhtumeid.
On säilinud märkmed, et 1603 . aasta 6. juunil kella 5–6 paiku oli ka Tallinna kohal kolm päikest korraga ja vikerkaar nagu “poolik saabel ”. Pooliku saabli näol oli ilmselt tegemist ühe haloringi osaga või Parry kaarega.
1960. aasta 2. märtsil oli Kuressaare kohal jälgitav küllalt keeruline halode süsteem. Taevas oli 22-kraadine haloring oma puutujakaartega. Haloringi kohal oli haruldane Parry kaar. Kahel pool Päikest särasid valepäikesed koos Lowitzi kaartega. ( Jürissaar, 1999)

22° ja 46° halod

Enamlevinud ringikujulisi halosid on kahte tüüpi: 22° ja 46° halo, kusjuures 46° haloring on märksa kahvatum ja haruldasem kui 22° halo. Väikest halo näeme sageli enne madalrõhkkonna saabumist, seega on nende ilmnemisel oodata ilmamuutmist. Ära ei tohiks siin segada põhjuslikkust ja tekketingimusi: ilm võib muutuda mõlemal juhul, kuid tugevam põhjuslik seos valitseb järgneva ilmamuutuse ja halo vahel ikkagi siis, kui see moodustub pilvedes, täpsemalt kiud- ja kiudkihtpilvedes, mis sageli eelnevad soojale frondile. (Jürissaar, 1999) Väike halo on kinnine ring, kui seda tekitavad pilved pole katkendlikud. Kui ebapäikeseid ei ole, siis on väike halo nende arvatava koha peal kõige eredam ehk silmatorkavaid osasid on neli, jagades ringi justkui neljaks võrdseks sektoriks. Halo sisemine serv on punakas, välimine valge või sinakas . Vahel võib täheldada, et halo sisse jääv taeva osa on ümbritsevast tumedam , mis on seotud valguse hajumisega. Seejuures suur haloring on selles suhtes vähem informatiivsem. (Kamenik, 2009)
Haloring võib esineda nii Päikese kui Kuu ümber. Ringi sisemine serv on piiritletud teravamalt kui välimine. Siseserv on punakas, punane läheb sujuvalt üle kollakaks ja rohekaks, lõpuks sinakaks, siis ring kaob. 22-kraadisele haloringile võivad lisanduda puutujakaared, milles tegelikult tuleb näha väga haruldase ellipsikujulise halo osasid. (Jürissaar, 1999)
Haloringi tekkimisel on jääkristallid kuuetahulised ning nende puhul pole jääkristallide orientatsioon oluline. Kuna turbulentsi tõttu on jääkristallid segi paisatud, siis peegeldavad need valgust igas suunas. Jääkristalli sisenenud valgus murdub aga enamasti ligikaudu 22° nurga all valgusallika suhtes, mistõttu kõige rohkem saabub valguskiiri valgusallikast ehk päikesest 22° nurga all. Seal kohas me näemegi suurimat heledust , mis moodustab haloringi. Sinised valguskiired murduvad veidi rohkem kui punased, mistõttu on halo sisemine osa punakas, välimine sinakas. 46° halo puhul peavad valguskiired murduma jääkristallide 90° servadel, mis tingib valgusallikast 46° kaugusel moodustuva ringi. Seda juhtub aga märksa harvem ja seetõttu on suur haloring haruldasem. Ka 46-kraadisele haloringile võivad lisanduda puutujakaared. Haruharva on puutujakaared nähtavad allpool horisonti jääudus või tumeda metsa taustal. (Kamenik, 2009)

Kõrvalpäikesed

Kõrvalpäikesed ehk teadusliku nimega parheelia on 22-kraadise kõrval teiseks väga tavaliselt halovormiks. Parheelia ei teki suvalise kujuga jääkristallide puhul. Tarvis on lamedaid kuusnurkseid kettakujulisi jääplaadikesi, kusjuures nende teljed peavad olema orienteeritud püstsuunas. Samuti peavad jääkristallid olema korrapärased, neid peab olema suhteliselt suurel hulgal ning nähtuse selguse huvides peavad nad olema ka piisavalt suured, sest muidu muutub halo difraktsiooni tõttu väga uduseks ning laialivalgunuks. Ebapäikest tekitav valguskiir siseneb jääkristalli külje kaudu.
Sobivatel tingimustel võib ebapäike tekkida ka teistsuguste kui kettakujuliste jääkristallide, näiteks jääsammmaste korral. Ent sisuliselt on ka siis tegu väga paksu „plaadiga". Et üheks nõudeks on võimalikult suur korrapära, saab nähtus täiel määral ilmneda tuulevaikse ilma korral või nõrga tuulega . Jääkristallid laskuvad sellisel juhul aeglaselt ning ühtlaselt. Kui orientatsiooni korrapära on väiksem, hakkab domineerima tavaline haloring.
Ebapäikese sisemine külg on punane, välimine osa, mis moodustab sageli saba, on sinakat värvi. Keskel on sel kollakas toon. (Kamenik, 2009) Päikesekoeri näeb kõige tihedamalt siis, kui päike asub madalal. Kõrgemal kui 40 kraadi neid eriti ei näe. Neid on näha igal aastaajal üle maailma olenemata maapinna temperatuurist. Kui neid hoolega otsida võib neid Euroopas ja Põhja-Ameerikas näha keskmiselt kaks korda nädalas. ( http://www.atoptics.co.uk/halo/parhelia.ht m)

Sambad

Vahel on näha päikese kohal või harvem selle all sammast. Sellisel juhul on laskuvad jääkristallid väga õhukesed ning ainult peegeldavad või hajutavad valgust. Sambaid võib sageli näha külma ilmaga auto- ja linnatulede kohal. (Kamenik, 2009)
Sel viisil autotulede valgel tekkiv halo sõidab autoga kaasa ja on künklikul maastikul näha ammu enne kui künka tagant lähenev auto ise paistma hakkab. Tavaliselt on sambad valged, aga päikesetõusu või loojangu ajal on nad tihti oranži või punaka värvusega.
Kui Päikese kohal olev vertikaalne sammas ulatub mõnikord seniidini ja kaugemalegi, moodustatakse vertikaaltasandis poolringi, mis läbib päikest ja seniiti. Päikese vastas olev poolringi osa on küll enamasti kahvatum ja raskemini märgatav kui otse Päikese kohal olev sammas. (Jürissaar, 1999)

Ülemised puutujakaared

Ülemiste puutujakaarte esinemisprotsent on 6,7%. Ülemine puutujakaar tekib 22° halo kohale. Kaare kuju sõltub päikese kõrgusest. Kui päike on madalal, vähem kui 29-32° kõrgusel, on kaar suhteliselt terava nurgaga . Kõrguse suurenedes muutub kaare nurk nürimaks. Ülemine kaar tekib kuusnurgaliste jääkristallide puhul. Nagu palju teistel halodel on ülemise ja alumise kaare sisemine serv punakas ja välisserv sinine. Sest punane värv murdub tugevamalt kui punane. Ülemine ja alumine kaar tekivad päikesetõusu ja keskpäeva vahel. ( http://www.atoptics.co.uk/halo/column.ht m)

Seniidiring

Seniidiringi loetakse üheks ilusaimaks haloks. Seniidiringi esimene märkamine tekitab alati üllatusmomendi. Nagu vikerkaar oleks oma veelise päritolu unustanud ning seniidi ümber koondunud. Seda on tihtipeale kirjeldatud ka kui tagurpidi vikerkaarena. On ka öeldud , et see meenutab naeratust taevas. Seniidiring ei moodusta terve ringi ning on väga haruldane nähtus.
( http://www.atoptics.co.uk/halo/cza.ht m)
Parheelne rõngas
Parheelne rõngas on horisontaalne joon, mis on alati päikesega samal kõrgusel. Enamuse ajast on näha vaid üksikuid fragmente, tavaliselt kõrvalpäikeste pikendusena päikesest eemale. Kui on näha kõrvalpäikeste sabasid , tuleks igaks juhuks terve taevas üle vaadata, sest tihtipeale on läbipaistvat joont pilvedest raske eristada. ( http://www.atoptics.co.uk/halo/parcirc.ht m)

PEEGELDUS

Valgus peegeldub klaassiledalt veelt samamoodi kui peeglilt. Tuulevaikse ilma korral näeme peegelsiledalt veepinnalt vastaskalda peegelpilti - majade katused ja puude ladvad asuksid nagu allpool. Kui veekiht on õhuke, on näha veekogu valgustatud põhja. Kiirte langemisnurga kasvades kasvab ka vee peegeldustegur, 80° all langenud valgusest peegeldub juba pool tagasi. Loojangueelse Päikese peegeldus siledalt järvepinnalt tundub sama hele kui horisondilähedane Päike ise.
Laitmatult sile veepind on haruldane, vähimgi pinnavirvendus viib Päikese peegelkujutise laiali. Veidi tugevama tuulega on veepinnal näha loojuva või tõusva Päikese helkivat rada. Raja keskkoht on kõige heledam, mida kaugemale raja teljest , seda juhuslikumaks muutuvad heledad sähvatavad peegeldused. Kõige heledam on päikese raja see koht, kus näeksime Päikese peegeldust tuulevaikuse korral. Niisuguse raja tekkemehhanism on lihtne: päikesekiired peegelduvad vaatleja silma ainult lainetava veepinna sobiva orientatsiooniga kohtadelt, meile tumedana paistvailt veepinna kohtadelt peegeldub valgus mujale. Eriti madala Päikese ja veidi tugevama lainetuse korral on võimalik ka varjude teke veepinnal.
Looduses võime kohata peegeldusi mujalgi kui veekogudel. Vihmamärgadel raagus puuokstel paiknevad peegeldused ümber okste vahelt paistva Kuu või Päikese.
Peegeldused õhus hõljuvatelt jääkristallidelt tekitavad halo.
Tänapäevases arenenud maailmas kohtame kõikvõimalikke peegeldusi ka tehisobjektidelt - majade akendelt, kasvuhoonete katustelt ja seintelt ja läikima kulunud raudteerööbastelt.
Sobivalt orienteeritud peegelpindu kasutab inimene rohkesti oma huvides kord valguse koondamiseks, kord hajutamiseks. Väga igapäevased näited kõverate peeglite abil valguse suunamisest on taskulamp ja autolatern - sobiva kujuga nõgus peegel suunab pirni hõõgniidilt tagasisuunas kiirgunud valguse enam-vähem paralleelse kimbuna ette. Peeglitega päikeseenergiat kokku koondades annavad tänapäevased päikeseahjud ülikõrgeid temperatuure - kuni mitu tuhat kraadi. Sevilla lähedal Hispaanias töötab sellel põhimõttel 11 MW võimsusega päikesejaam. Austraalias on kavandamisel 200 MW päikesejõujaam. (Shukman, D., 2007)
Siledalt peeglilt peegeldub valgus alati ainult peegelsuunas. Seades kolm peeglit üksteise suhtes 90° nurga alla, saame huvitava optilise seadme - tagasipeegeldaja. Tänu kahe- või kolmekordsele peegeldumisele suundub üsna suurest langemisnurkade vahemikust saabunud valgus tagasi sinna, kust ta saabus. Niisugune tagasipeegeldaja viidi Kuu peale, et Kuule suunatud laserikiir peegelduks tagasi Maale. Nii sai võimalikuks väga täpne Kuu kauguse mõõtmine. Sama printsiipi kasutatakse pimedal ajal nii vajalikus helkuris - helkur peegeldab temale langenud autotulede valguse tagasi. Tänu sellele näeb autojuht helkuriga pimedas liikuvat inimest väga palju kaugemalt kui ilma helkurita tumedates riietes inimest. ( Kuusk, A)

VIRMALISED

Põhjamaades, sealhulgas ka Eestis võib talve pimedatel öödel näha nauditavat vaatepilti -virmaliste värvidemängu. Virmalised on atmosfääri ülakihitide hõredas õhus tekkiv valgus. ( http://www.virmalised.ee/ )
Päikeselt paisatakse maailmaruumi üsna juhuslikes suundades ja kiiresti intensiivsust muutvate osakeste voog, enamasti prootonid ja elektronid. Laetud osakesed, mis mööduvad Maa lähedalt suunatakse Maa magnetvälja pooluste piirkonda, kus nad atmosfääri ülakihtides hõreda õhu molekulidega põrkudes neid ergastavad. Minnes tagasi ergastatud olekult tasakaaluolekusse, kiirgavadki need molekulid valguskvante, mida näeme virmalistena. (Kuusk 2005)
Virmaliste valgus tekib samamoodi kui päevavalguslampide ja reklaamide neoontuledes, kus elektrivool hõrendatud gaasis põhjustab gaasi helendamist. Virmaliste värvus sõltub esilekutsuvate laetud osakeste energiast. See määrab ära milliseid lämmastiku ja hapniku aatomite ning molekulide ergastatatud olekuid need suudavad esile kutsuda. Virmaliste spektrist võib leida üle 100 spektrijoone , sagedamini esinevad sinised, punased ja rohelised spektrijooned . (Kuusk 2005)
Virmalisi esineb nii põhja- kui lõunapoolkeral. Põhjapoolkeral esinevaid nimetatakse Aurora Borealis ja Lõunas Aurora Australis (vastavalt põhja- ja lõunakoit). Ühiselt nimetatakse neid Aurora Polaris – polaarkoit. (Wikipedia 2013)
Põhjakoit valgustab põhjapoolset horisonti roheka kumaga, mõnikord ka kahvatu punasena, mis tekitab tunde, et Päike paistab valest suunast. Kõige sagedamini ilmub Aurora Borealis pööripäevadel. Aurora Australis on peaaegu identne Aurora Borealis’ga, kuid seda saab näha hoopis lõunapoolsetel laiustel näiteks Antarktikas , Lõuna-Ameerikas, Uus- Meremaal ja Austraalias. (Wikipedia 2013)
Arvetsades Maa magnetpooluse asetsemist suurtel laiustel, on virmalised keskmiselt jälgitavad 60 kraadisel või kõrgematel laiustel. Kuna magneetiline põhjapoolus paikneb Kanadale kuuluva Ellesmere’i maa lähedal, siis on virmalised Põhja-Ameerikas paremini vaadeldavad kui Euroopas. Virmalisi on nähtud ka Floridas, kuid samal laiusel asuvatel Kanaari saartel pole see võimalik. (Wikipedia 2013)

VIKERKAAR

Väikesed veepiisad mida pindpinevusjõud ümarana hoiab tekitavad nii õhus kui maapinnal mitmeid optilisi nähtusi. Hommikuse kastega või peale hoovihma võime päikese käes rohul näha üksikuid eredavärvilisi veepiisku. Liigutades veidi oma pead, muudavad niisugused piisad värvi, sobivas ulatuses pead liigudates võime näha ühes piisas kõiki vikerkaare värve. (Kuusk 2005)
Ümmargusse veepiiska sisenenud valgus murdub oma esialgsest suunast piisa tsentri poole. Osa sellest valgusest peegeldub piisa tagaseinalt piiska tagasi ja piisast väljumisel peegeldub veelkord . Kuna vee murdumisnäitaja sõltub mingilmääral lainepikkusest, siis selletõttu kalduvad sinised kiired oma esialgsest suunast kõrvale rohkem kui punased. Vihmasaju ajal on õhus piisku väga palju ja igal ajahetkel on piisku ka nendes suundades, kust saabub meie silma spektriks lahutatud valgus. Seega tekibki vikerkaar umbes 42° kaugusel Päikese vastassuunast, sinised kiired on kaare siseservas ja punased välimises. Kuna Eestis on kesksuvel Päike kõrgemal kui 42°, siis tasasel maal vikerkaare nägemisvõimalus puudub, sest see jääb allapoole horisonti. Sellisel juhul on võimalik vikerkaart näha kas lennukiaknast või kõrge maja korruselt näiteks purskkaevu vaadates. (Kuusk 2005)
Vikerkaar on alati kahekordne, kuid sageli teist kaart selle tuhmuse tõttu lihtsalt ei näe. Üldse on nähtud vähemalt viie kordseid vikerkaari. Iga järgmine kaar on eelmise suhtes vastupidise värvusjärjestusega ja nõrgem, sest paljukordsete sissepeegelduste kägus muutub valgus üha nõrgemaks. (Kamenik 27.06.2009) Peale selle on vikerkaar ringi kujuline, kuid alumine osa jääb silmapiirist allapoole. Terve vikerkaare nägemiseks avaneb taaskord võimalus lennukiaknast. (Kamenik 14.07.2009)
Tavaliselt eristatakse vikerkaare seitset värvust lainepikkuse kahanemise järjekorras: punane, oranž, kollane, roheline, sinine, tumesinine ja violetne. Enamasti puudub võimalus nende kõikide värvide eristamiseks. (Wikipedia 2013) Tegelikult on võimalik eristada üheksat värvust, lisaks traditsioonilisele seitsmele veel infrapunane ja ultraviolett . Inimesed neid värvusi ei taju, kuid loomariigi esindajad küll. (Kamenik 15.09.2009)

Aleksandri tume vöö

See on seotud vikerkaartega ja on oma nimetuse saanud seda nähtust esmakordselt kirjeldanud antiikkreeklase Aleksander Aphrodisiase järgi. See esineb esmase ja teise vikerkaare kõrvalekalde nurga tõttu ja sellepärast jõuab kahe kaare vahele vähem valgust. Aleksandri tume vöö paistab kahe kaare vahel tumedama alana , mis pole eriti hästi välja kujunenud. (Wikipedia 2013)

Uduvikerkaar

Uduvikerkaar on üks vikerkaare vormidest . See tekib uduse ilmaga, kui Päike paistab siiski piisvalt hästi, et tekitada täisvarjusid. Seega saab udukaart näha selge taevaga uduga Päikese vastas. (Kamenik 22.09.2009)
Uduvikerkaar on enamasti valkjas , harva punaka või sinaka varjundiga mis tekib enne hajumist. Võib täheldada, et uduvikerkaare alumine osa on tugevam ja paksem, ülemine osa aga nõrgem. Udukaare valkjat vävust põhjustab dispersioon, hajususe tõttu on värvid vähemalt osaliselt kattunud. (Kamenik 22.09.2009)

PÜHASÄRA

Pühasära ehk nimbus tekib tagasipeegeldumisel looduslikelt objektidelt. Kastesel rohul võime oma pea kohal näha helendust ehk oreooli . See hiilgus ei tule mitte meie peast , sest kui teha endast pilti, tekib see valgus hoopiski fotoaparaadi ümber. (Kuusk 2005)
Enamasti tekib see nähtus Päikese tagasipeegeldumisega. Kastepiisad on nagu väikesed läätsed. Arvestades seda, et veepiisad ei paikne taimede lehtedel tihedalt liibununa, lehe ja piisa vahel paikneb väikene vahe. Kui päikesevalgus läbib tilka, siis tilk koondab valguse taimelehel heledaks täpiks ja läbi selle täpi hajunud valgus, murdub samasse suunda, kust valgus tuli. (Kamenik 18.09.2009)
Kõige heledamana näeb oreooli saabunud valguse suunas, kuna piisad on pisut deformeerunud kujuga või pole asend lehega piisavalt soodne ning valgus peegeldub tagasi vaid teatud koonuse ulatuses. Seega, mida lähemal saabuva kiire suunale, seda heledam on oreool ja vastupidiselt, mida kaugemal on vari peast, seda heledamaks see muutub. (Kamenik 2009) Kui vaadelda pühasära korda mööda ühe ja teise silmaga, siis on võimalik märgata pühasära tsenri nihkumist avatud silma varju kohale. (Kuusk 2005)

Opositsiooniefekt

See tekib kuskilt kõrgemalt näiteks metsale vaadates. Sarnaselt pühasärale tekib oreool või heledam ala tsentriga vaataja varju poole. Opositsiooniefekt tekib valguse ja varju suhete tõttu, mitte kastetilkade tõttu nagu pühasäral. (Kamenik 18.09.2009)

TARA

Tara ehk PÄRG on optikanähtus, mis kujutab endast mõne kraadi laiust värvilist ümmargust ringi (Kamenik 2009) kuu - või päikeseketta ümber  (Jürissaar). Tavaliselt nähakse neid rohkem ümber kuu kuna päike on liiga hele nende märkamiseks (Kamenik 2009)
Tara on difraktsiooni ilming, st lainete kõrvalekaldumine sirgjoonelisest teest ja paindumine tõkete taha. Tara tekkimiseks peavad valgusallika ees olema pilved või udu, mis vähemalt osaliselt on läbipaistvad, sest valgus peab jõudma vaatlejani. Tara intensiivsus sõltub pilvede tihedusest ja pilveosakeste (tavaliselt veepiisakeste) suurusjaotusest - mida ühtlasema suurusega, seda erksam tara (Kamenik 2009)
Tara ümbermõõt on pöördvõrdelises seoses pilvepiiskade suurusega (mida suurem tara, seda väiksemad piisad või tolm). See annab teoreetilise võimaluse ilma ennustada: kui tara väheneb (Kamenik 2009) ehk pilvi moodustavate osakeste läbimõõt suureneb (Jürissaar), võib minna sajule ja kui tara suureneb, siis püsib hea ilm. (Kamenik 2009)
Tara on sageli mitmevärviline, kusjuures siseosa on sinine (Kamenik 2009) või isegi valjaks-õrnroheline  vahetult kuu- või päikeseketta ümber. Edasi järgnevad värvilised rõngad oranshist punaseni (Jürissaar),  välimine äär on punane (Kamenik 2009) või lillakaspunane (Jürissar) , sest punane valgus (pikalainelisem) kaldub esialgsest suunast enam kõrvale kui sinine.  Kui lühilainelisem valgus on neeldunud või hajunud näiteks tolmurikka atmosfääri tõttu, võib tara näha ka päikese ümber, sest valgus ei ole enam märkamiseks liiga intensiivne, kusjuures siis võib tara olla oranž, roosa või punane, sest teiste lainepikkusega valgusest ei piisa selle tekitamiseks. (Kamenik 2009) Kõrgrünkpilvedega on tarad eredamad ja paremini näha kui kihtrünkpilvede  puhul. Kui tara on Päikese ümber, siis segab jälgimist ere päikesevalgus. Tasub vaadata Päikese peegeldust vees, seal on pärg väga selgesti näha.(Jürissaar)

GLOORIA

Üsna tarade sarnast värvilist oreooli võime näha lennukilt ümber lennuki varju allpool olevatel pilvedel . Analoogia taradega on siiski ainult visuaalses muljes, lennuki varju ümber oleva oreooli - glooria nurkläbimõõt on suurem ja küllalt sagedased on mitmekordsed ringid . Glooria tekkemehhanism on lähedasem vikerkaare korduvate kaarte tekkele. Ühekordselt vihmapiisas peegeldunud valgus ei saa esialgsest suunast kalduda kõrvale rohkem kui lainepikkuse ja vee murdumisnäitajaga määratud piirnurk , aga vikerkaare sisse jääv ala on täidetud vihmapiiskade sees üks kord peegeldunud valgusega. Pilve moodustavad udupiisad on oluliselt väiksemad kui vihmapiisad , nii muutub oluliseks difraktsioon neil piiskadel. Peegeldunud ja difrageerunud valguse interferentsi tulemuseks ongi Kuu või Päikese ümber olevat tara meenutav oreool ka veepiiskadest koosnevale udule (pilvele) langevate varjude ümber tagasisuunas hajuvas valguses. (Veisman & Veskimäe 2005)

VARJUD JA BROCKENI VIIRASTUS
Rünkpilvede vahel märkame sageli heledamate kiirtevihkude ja tumedamate alade vaheldumist. Heledamad on need kohad, kust pilvede vahelt paistev Päike valgustab pilvede all olevat õhukihti, tumedamana paistavad varju jäävad kohad. See pilt on hästi vaadeldav vinese taeva korral.
Üllaavat vaatepilti võib pakkuda lihtsalt mustvalge valguse ja varju muster. Visuaalselt on Päike üsna täpselt 0,5° nurkläbimõõduga ring.  Kui asetada päikesekiirte teele ekraan, milles on pisike ava, tekib kaugemal olevale ekraanile ümmargune Päikese kujutis.  Pargis puude varjus näeme maapinnal ümmargusi valguslaike - camera obscura põhimõttel tekkinud Päikese kujutisi, kus avaga ekraaniks on tihe lehestik ja väikesed lehtedevahelised augud, kust valgus läbi maapinnani jõuab. 11. augustil 1999, kui Kuu kattis kaks kolmandikku päikesekettast, ei olnud päikeselaigud pargipuude all tavapäraselt ümmargused, vaid hoopiski sirbikujulised.
Väga huvitavat vaatepilti võivad pakkuda varjud udul. Brockeni viirastust nägi Haapsalus 22.jaanuari 1999 õhtul. Taevas oli näha lossi torni kujutis. See tekkis lossitorni valgustava prozektori valgustatud udus. Brockeni viirastuse tekkimiseks peab udu olema parasjagu hõre. Väga tihedas udus on valgustatud ala ja varju sügavus väike ning kuna udu on enamasti ka valgustava prožektori (või Päikese) ja varju heitva hoone või inimese või eseme vahel, siis ei saa kontrastset varju tekkida. Sobivalt hõredas udus on valgustatud ala ulatus piki valguskiiri suur. Olles prožektori poolt vaadates torni taga, on torni vari valgustatud udul hästi vaadeldav. Brockeni viirastus on nähtav üsna kitsas alas valgustavate kiirte ümber. Kui liikuda prožektori ja torni joonelt eemale, muutub torni vari kiiresti ähmaseks ja kaob varsti, sest siis vaatleme udus suurt sügavust omavat varju läbi kõrval oleva valgustatud udu. Oma nimetuse on niisugune " varjuteater " saanud Hartzi  mägedes oleva Brockeni mäe järgi, millel alpinistid on sageli näinud tõusva või loojuva Päikese valguses mäge ümbritseval udul viirastuslikke varje liikumas - need olid nende endi varjud udul. Oma varju vaadates on vaatesuund alati valgustavate kiirtega paralleelne ja seetõttu on võimalik suurt sügavust omavat varju näha hästi kontrastsena(Veisman & Veskimäe 2005)

KOKKUVÕTE

Referaadis käsitleti erinevaid atmosfääri optilisi nähtusi. Paljudest teistest osutusid valituteks miraažid, halod, peegeldus, virmalised, vikerkaar, pühasära, tarad ja glooriad ja varjud.
Oma referaadi kirjutamisel kasutasime U. Veismann’i ja R. Veskimäe raamatust Universum valguses ja vihmas A. Kuusk artiklit Optikanähtused taevas.
Miraažid jagunevad alumisteks ja ülemisteks ja külgmisteks. Nende tekkepõhjuseks on valguse suuna muutumine või peegeldumine atmosfääris, nii et valgus jõuab vaatlejani ebaharilikust kohast. Miraaži puhul on vajalikud erineva tihedustega õhukihtide olemasolu, sest valguse murdumisnäitaja sõltub keskkonnatihedusest, seega samuti õhu tihedusest. Tekkinud kujutis võib olla kas päripidine või ümberpööratud.
Halod on valkjad või nõrgalt vikerkaarevärvilised ringikujulised optilised nähtused tugeva valgusallika ümber. Nendeks võib olla Kuu, Päike ja linnades ka võimsamate tänavalampide ümber. Enamlevinud ringikujulisi halosid on kahte tüüpi: 22° ja 46° halo, kusjuures 46° haloring on märksa kahvatum ja haruldasem kui 22° halo. Väikest halo näeme sageli enne madalrõhkkonna saabumist, seega saab nende ilmnemisel ka ilma ennustada.
Kõrvalpäikesed on 22-kraadise kõrval teiseks väga tavaliselt halovormiks. Ebapäikese sisemine külg on punane, välimine osa, mis moodustab sageli saba, on sinakat värvi. Keskel on sel kollakas toon.
Mõnikord on näha päikese kohal või harvem selle all sammast. Sellisel juhul on laskuvad jääkristallid väga õhukesed ning ainult peegeldavad või hajutavad valgust. Sambaid võib sageli näha külma ilmaga auto- ja linnatulede kohal.
Ka vikerkaarel on erinevaid vorme – uduvikerkaar, Aleksandri tume vöö.
Pühasära ehk nimbus tekib tagasipeegeldumisel looduslikelt objektidelt. Kastesel rohul võime oma pea kohal näha helendust. See hiilgus ei tule mitte meie peast, sest kui teha endast pilti, tekib see valgus hoopiski fotoaparaadi ümber. Enamasti tekib see nähtus Päikese tagasipeegeldumisega.
Tara on optikanähtus, mis kujutab endast mõne kraadi laiust värvilist ümmargust ringi kuu - või päikeseketta ümber. Tavaliselt nähakse neid rohkem ümber kuu kuna päike on liiga hele nende märkamiseks. Tara on sageli mitmevärviline, kusjuures siseosa on sinine või isegi valkjas-õrnroheline  vahetult kuu- või päikeseketta ümber.
Rünkpilvede vahel märkame sageli heledamate kiirtevihkude ja tumedamate alade vaheldumist. Heledamad on need kohad, kust pilvede vahelt paistev Päike valgustab pilvede all olevat õhukihti, tumedamana paistavad varju jäävad kohad. See pilt on hästi vaadeldav vinese taeva korral.
Käsitletud nähtused esinevad atmosfääris kõige tihedamini ning neid on inimestel võimalik ka oma silmaga näha ja uurida.

KASUTATUD KIRJANDUS

Alexander's band . 2013. Wikipedia. [WWW] http://en.wikipedia.org/wiki/Alexander%27s_band (14.03.2013)
Atmospheric Optics. Circumzenithal circle . [WWW] http://www.atoptics.co.uk/halo/cza.ht m (12.03.2013)
Atmospheric Optics. Parhelic circle. [WWW] http://www.atoptics.co.uk/halo/parcirc.ht m (12.03.2013)
Atmospheric Optics. Tangent arcs. [WWW] http://www.atoptics.co.uk/halo/column.ht m (12.03.2013)
Aurora(Astronomy). 2013. Wikipedia [WWW] http://en.wikipedia.org/wiki/Aurora_(astronomy) (14.03.2013)
Davis, T. Neil. 1978. Fata Morgana. [WWW] http://www2.gi.alaska.edu/ScienceForum/ASF2/261.html (12.03.2013)
Jürissaar, M. 1999. Kiudkhtpilved ja halod. Eesti Loodus. 8 [WWW] http://www.loodusajakiri.ee/eesti_loodus/EL/vanaweb/9908/pilved.html (12.03.2013)
Jürissaar, M. Kõrgrünk-pilved. [WWW] http://www.loodusajakiri.ee/eesti_loodus/EL/vanaweb/9808/pilved.html
Kamenik, J. 18.09.2009. Kastemäng päikeselisel hommikul (pühasära ja opositsiooniefekt). [WWW] http://www.ilm.ee/index.php?46390 (14.03.2013)
Kamenik, J. 27.06.2009. Käes on vikerkaareaeg. [WWW] http://www.ilm.ee/index.php?46056 (14.03.20113)
Kamenik, J. 2011. Miraaž. [WWW] http://www.ilm.ee/index.php?48566 (12.03.2013)
Kamenik, J. 22.09.2009. Mis on uduvikerkaar ja kuidas see tekib? [WWW] http://www.ilm.ee/index.php?46407 (14.03.2013)
Kamenik, J. 15.09.2009. Mitu värvi on vikerkaarel? [WWW] http://www.ilm.ee/index.php?46362 (14.03.2013)
Kamenik, J. 20.06.2009. Optikanähtused. [WWW] http://www.ilm.ee/index.php?46057 (14.03.2013)
Kamenik, J. 14.07.2009. Suvi on vikerkaarte aeg. [WWW] http://www.horisont.ee/node/1168 (14.03.2013)
Kamenik, J. 2009. Tarad. [WWW] http://www.ilm.ee/index.php?45613 (14.03.13)
Kamenik, J. 2009. Valgus ja värv looduses: viimaste päevade trend on halod. [WWW] http://horisont.ee/node/879 (12.03.2013)
Kuusk, A. 2005. Optikanähtused taevas. – Universum valguses ja vihmas, Tallinn, lk 69–81. 
Shukman, D. 2007. Power station harnesses Sun's rays. [WWW] http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/6616651.st m (13.03.2013)
Vikerkaar. 2013. Wikipedia. [WWW] http://et.wikipedia.org/wiki/Vikerkaar (14.03.2013)
Virmalised. 2013. Wikipedia [WWW] http://et.wikipedia.org/wiki/Virmalised (14.03.2013)
Virmaliste olemus. 2013 [WWW] http://www.virmalised.ee/ (14.03.2013)