Fenomene Optice In Nori Si Precipitatii

CAPITOLUL 6.

FENOMENE OPTICE ÎN NORI ȘI PRECIPITAȚII

Norii și precipitatiile au diferite microstructuri de picături și cristale de gheață ce exercită o influență vizibilă asupra razelor de lumină producând fenomene de reflexie , refracție și difracție. Aceste fenomene efectuate de nori și precipitații asupra razelor de lumină pot fi împărțite în trei grupe mari.

1. Fenomenul de curcubeu care se datorează reflexiei, refracției și dispersiei luminii prin picăturile de ploaie sau ceață.

2. Fenomenul de halo, a cărui forme principale reprezintă cercurile colorate din jurul Soarelui sau a Lunii, care se datorează refracției și reflexiei luminii în cristale de gheață.

3. Fenomenul de coroană din jurul aștrilor care se datorează difracției luminii prin picăturile de apă sau pe cristalele de gheață. Tot din grupă face parte și fenomenul de gloria.

6.1 Curcubeul

Fenomenul numit curcubeu este foarte cunoscut și reprezintă un arc de cerc colorat cu centrul pe prelungirea liniei dintre Soare și ochiul observatorului și anume în punctul antisolar. Dacă înălțimea la care se află Soarele este mai mică , porțiunea de cerc pe care o vede observatorul este mai mare . Sunt totuși cazuri când în munți sau din avion curcubeul a fost văzut sub formă de cerc aproape complet.

Uneori poate apărea deasupra primului cerc de curcubeu numit principal , un al doilea curcubeu numit secundar. Dispunerea culorilor în curcubeul principal este în așa mod încât roșul se află în marginea exterioară iar în curcubeeul secundar dispunerea culorilor este tocmai inversă , adică marginea inferioară este roșie.

Raza unghiulară a curcubeului principal este aproximativ egală cu 420 iar pentru curcubeul secundar este de aproximativ de 500. În cazuri foarte rare poate aprea și un al treilea curcubeu , iar dispunerea culorilor în acesta este la fel ca și în cazul curcubeului principal.

Fig.6.1Curcubeul principal și curcubeul secundar (www.sanatatesiviata.ro)

Fig.6.2 Curcubee triple (http://www.meteoros.de/themen/atmos/wassertropfen/regenbogen-an-wasserflaeche/)

Adesea în curcubeul principal dar și în cel secundarnu există toate culorile și lățimea bazilor colorate nu sunt egala.

La marginea violeta a curcubeului se pot observa arcuri colorate secundare , acestea se produc rar în cazul curcubeului principal și mult mai rar în cazul curcubeului secundar. Arcurile secundare pot ajunge în număr de șase și sunt colorate de cele mai multe ori în verde și roz , iar uneori printre acestea se află și culoarea galbenă și roșie.

Fig.6.3 Arcuri secundare colorate în roz și verde(https://ro.wikipedia.org/wiki/Fi%C8%99ier:Supernumerary_rainbow_03_contrast.jpg)

Fenomenul de curcubeu se observă uneori și în nopțile cu lună , dar luminozitatea culorilor în acest caz este foarte slabă . Dacă fondul este cețos , curcubeul apare sub forma unui arc alb care este colorat pe marginea interioară slab în violet și în portocaliu pe marginea exterioară.

Prima teorie a curcubeului a fost elaborată de către Descartes , bazată pe principiile opticii geometrice și dezvoltată de Erry și Pertner.

Cercetările lui C.S.Sifrin au reușit să explice nu numai dispunerea culorilor în curcubeu , dar și o serie întregă de alte particularități ale acestui fenomen.

Optica geometrică explică mai multe laturi principale ale fenomenului numit curcubeu și să examinăm legile de bază ale acestuia.

Să presupunem că pe o picătură de apă cade o rază de lumină în punctul M și să precizăm ce se întâmplă în acest caz.

Fig.6.4 – Drumul razei într-o picătură

[Stoica, C., N. Cristea, Meteorologia generală, Ed. Tehnică, București, 1971]

La suprafața picăturii raza de lumină se refractă și pătrunde în aceasta . În punctul N o parte din fascicul suferă fenomenul de reflexie după care ajunge la suprafața picăturii în punctul P unde suferă fenomenul de refracție și iese din picătură.

Să determinăm devierea acestei raze , notând unghiul de reflexie prin d.

Dintr-un calcul simplu obținem:

d = 2 (i – e) + (180º-2e) = 180º + 2i – 4e, (6.1)

în care:

i este unghiul de incidență,

e este unghiul de refracție.

Dacă raza suferă în picătură o dublă reflexie (fig.6.5), atunci:

d = 2 (i – e) + (180º-2e) = 360º + 2i – 6e (6.2)

Fig.6.5 – Drumul razei într-o picătură în cazul dublei reflexii interioare

[Stoica, C., N. Cristea, Meteorologia generală, Ed. Tehnică, București, 1971]

Dacă numărul de reflexii este k, atunci vom avea

d = k * 180º +2i – 2(k+1)e (6.3)

Aflăm unghiul de deviație minimă D prin diferențierea formulei (6.3) în funcție de i și anulăm derivata.

(6.4)

Deoarece iar aflăm că:

(6.5)

Dacă ținem seama de expresia (6.5) atunci putem scrie expresia (6.4) sub următoarea formă:

(6.6)

sau (6.7)

în care:

E este unghiul de reflexie, corespunzător unghiului de deviație minimă D.

J este unghiul de incidență, corespunzător unghiului de deviație minimă D.

Dacă ținem seama că

atunci

. (6.8)

Ridicând la pătrat ambii membri ai expresiei (6.8) obținem:

(6.9)

În care p = k + 1; pentru k = 1, p = 2.

Din expresia (6.9) (6.10)

Pentru culoarea roșie (n = 1,33) unghiul deviației minime

pentru J = 59º31´.

În cazul dublei reflexii a razei în picătură, atunci

pentru J = 71º56´.

Dacă pe picătură cade un fascicul de raze roșii în funcție de mărimea unghiului de incidență razele ce ies din picătură vor avea diferite devieri. Chiar dacă pe picătură cade un fascicul de raze paralele , la ieșire din picătură acesta este unfascicul divergent ,dar razele care au deviația cea mai mică ies aproape paralel și ajung în număr mai mare la ochiul observatorului. De aceea cea mai luminată porțiune pe cer se află la 137º30´ față de Soare sau la 42º30´ de la punctul de pe bolta cerească, opus Soarelui (punctul antisolar). Dacă unghiul este mai mic de137º30´(mai mare de 42º30´ de punctul antisolar) nici o rază de lumină nu ajunge la ochiul observatorului , porțiunea respectivă de cer pare mai întunecată. În jurul punctului antisolar apare un cerc de lumină roșie cu marginea exterioară conturată clar. În interiorul cercului nu este o limită clară , iar luminozitatea cerului scade repede de la margine spre centru.

Știind că pe picătura de apă cade un fascicul de lumină albă și nu unul monocromatic , această lumină albă se descompune într-un spectru deoarece razele de lumină de diferite culori suntrefractate în mod diferit. Pentru razele violete unghiul minim de deviație este de 139º30´ (sau de 40º41´ față de punctul antisolar). Dacă Soarele ar fi o sursă punctiformă de lumină , atunci curcubeul ar reprezenta un arc cu lățimea de 1º50´ , însă S oarele are dimensiuni unghiulare determinate și atunci în interiorul arcului are loc suprapunerea culorilor. Culorile pure dispar ,colorația pură o are numai culoarea extremă , iar dimensiunea unghiulară este egală cu 2º22´.

Al doilea arc se formează la reflexia dublă a razei în picătură. În acest caz, unghiul minim de deviație a razelor roșii este iar a razelor violete .

De la punctul antisolar culoarea roșie trebuie să se afle la distanța de

230º04´ – 180º = 50º04´, iar culoarea violetă la distanța de 233º32´ – 180º = 53º32´.

Evident că marginea interioară a curcubeului secundar trebuie să fie colorată în culoarea roșie, iar marginea exterioară, în culoarea violetă. Al doilea cerc se află la distanța de 8º de primul.

Al treilea arc de curcubeu se formează din cauza triplei reflexii a razelor în picătură. Curcubeiele secundare ( al doilea și cu atât mai mult al treilea) se văd relative mai rar, deoarece ca intensitate luminoasă sunt slabe.

Teoria expusă anterior dă posibilitatea să se determine drumul pe care-l parcurg razele de lumină izolate , să se calculeze unghiul minim de deviație , explică corect dispunerea culorilor în curcubeu și determină aproximativ dimensiunile arcurilor , dar este bazată doar pe legile opticii geometrice nu ține seama de natura ondulatorie a luminii. Din această cauză această teorie nu poate să explice în cadrul fenomenului de curcubeu deosebirea dintre dimensiuni , variabilitatea colorației și alte amănunte.Bazându-se pe teoria difuziei de către particulele mari , K.S. Sifrin a demonstrat că teoria curcubeului este în concordanță cu teoria difuziei luminii în atmosferă. În continuare să ne referim la câteva aspecte calitative.

Presupunem că pe picătură cade o undă plană de lumină monocromatică (fig.6.6) iar linia groasă indică drumul razei de lumină care suferă cea mai mică deviere , celelalte raze deviază sub unghiuri mai mari.

Fig.6.6 – Repartiția maximelor și minimelor de lumină la căderea

unei unde luminoase pe o picătură (schemă)

[Stoica, C., N. Cristea, Meteorologia generală, Ed. Tehnică, București, 1971]

Când ies din picătură (fig.6.6), undele luminoase se propagă în direcții diferite. Oscilațiile din aceste unde au o diferența de fază egală cu δ. Dacă valorile lui δ=0,2π,….,2nπ , oscilațiile se însumează și se observă maximul de intensitate , iar acolo unde δ=π,3π,..,(2n-1)π oscilațiile scad dând minime. În figura 6.6 punctele ce corespund maximilor se află la întretăierea curbelor continue cu cele punctate. Maximul principal se observă în direcția razei cu deviație minimă însă pe lângă acest maxim există și o serie de maxime secundare (în figura 6.6 se arată numai unul dintre acestea).

În figura 6.7 este prezentată repartiția intensității luminii monocromatice (roșie)- mai precis a valorii proporționale acesteia-pentru o picătură de mărime dată.

Fig. 6.7 – Repartiția intensității luminii monocromatice (roșii) la ieșire din picătură

[Stoica, C., N. Cristea, Meteorologia generală, Ed. Tehnică, București, 1971]

Analitic această repartiție se reprezintă printr-o funcție oarecare f2(z), iar intensitatea luminii ce iese din picătură se reprezintă prin expresia

, (6.11)

în care:

J0 este intensitatea luminii incidente;

a este raza picăturii;

λ este lungimea de undă a luminii incidente;

C este o constantă.

– o valoare ce depinde de indicele de refracție și de numărul refracțiilor din picătură.

Relația (6.11) ne arată că în cazul luminii monocromatice incidente , care cade pe o picătură trebuie să se formeze un număr infinit de mare de maxime , adică de arcuri separate unul de altul prin minime dungi întunecate ,dar intensitatea luminii care iese din picătură scade însă repede pe măsura micșorării razei de cerc (pe măsura creșterii numărului curent al maximelor). De exemplu , ,intensitatea luminii ce corespunde maximului al treilea este aproximativ 50% din intensitatea luminii corespunzătoare primului maxim.

Dar pe picătură de apă cade lumină albă , atunci fiecare culoare componentă a acesteia formează o serie de arcuri care se suprapun pe arcurile de alte culori.

Relația (6.11) explică dependența intensității luminii în curcubeu față de mărimea picăturilor , cu cât picăturile sunt mai mari , cu atât culorile curcubeului sunt mai intense și colorația curcubeului depinde deasemenea de dimensiunile picăturilor. Banda violetă apare lucioasă iar cea verde clară dacă picăturile au mărimea de 1-2mm , iar marginea curcubeului are culoarea purpurie. Când picăturile au mărimea de 0,5mm culoarea roșie este slabă, iar banda violetă este bine exprimată și benzile secundare sunt colorate în violet- azuriu.

Analizând culoarea curcubeului se poate aprecia mărimea picăturilor datorită căroră se formează curcubeul . În cazul în care culoarea roz-violet din curcubeu este intensă , cea verde este foarte vizibilă , iar cea albastră lipsește , atunci picăturile au raza a=0,5-1mm , numai la aceste dimensiuni a picăturilor culoarea benzii roșii a curcubeului este pură.

Dacă în curcubeiele secundare apare culoarea galbenă aceasta înseamnă că există picături care au de 100-150μm , dar dacă culoarea galbenă lipsește și în curcubeiele secundare există numai culorile verde și violet atunci predomină picăturile care au raza de 250μm.

Atunci când picăturile sunt foarte mici , curcubeul arată cu totul altfel , acesta se vede deosebit de bine de pe o colină , astfel o pantă a ei să fie luminată de Soare iar cealaltă și poalele să fie cufundate în ceață. În acest caz curcubeul arată ca o bandă albă de două ori mai lată decât un curcubeu obișnuit, portocaliu spre marginea exterioară și albastră spre cea interioară. Din partea interioară se pot vedea adeseori unul sau două arcuri suplimentare iar ordinea culorilor este inversă față de cea obișnuită în primul curcubeu (la început verde , apoi roșu).

Particularitățile acestea sunt în mod neașteptat în concordanță cu calculele teoretice pentru picături cu raza de 0,0,25 mm și mai mici. Pentru astfel de picături foarte mici arcul nu va mai fi de 42° el începe să scadă și deoarece „mic" înseamnă aici „apropiat de lungimea de undă a luminii", efectul este mai pronunțat pentru razele roșii decât pentru cele albastre. Prin urmare, banda roșie trebuie să aibă în arcurile suplimentare un diametru mai mic decât banda albastră și trebuie să se afle în interior.

Este surprinzător faptul că putem vedea curcubeul alb chiar și la o temperatură foarte scazute (-34°C) aceasta înseamnă că picăturile de apă în atmosferă pot fi puternic suprarăcite. Curcubeul se vede și atunci când ceața este atât de rară, încât observatorul este convins că ea nu există.

Curcubeul obținut pe iarba acoperită de rouă nu ia forma unui cerc, ci a unei hiperbole late. Explicația este simplă, lumina ajunge în ochiul nostru atunci când raza formează cu axa Soare-ochi un unghi de 42°. Atât timp cât Soarele nu este prea sus pe cer, acest con intersectează suprafața Pământului după o hiperbolă. În cursul zilei, ea se transformă într-o elipsă, deși această transformare se observă foarte rar. Curcubeul pe rouă a fost observat și pe un iaz având suprafața acoperită cu o pojghiță uleioasă, pe care picăturile de rouă se pot așeza fără să se amestece cu apă (o asemenea pojghiță poate să provină, de exemplu, de la fumul fabricilor) , pe un lac sau pe mare, când aerul este rece, iar apa e încă caldă, astfel încât deasupra apei se formează o ceață ușoară( în acest caz se observă de obicei nu întregul curcubeu orizontal, ci două ramuri ale sale), pe o suprafață înghețată, care poate fi acoperită cu picături de rouă de formă regulată.

Curcubeul reflectat este o reflexie în apă a curcubeului format într-un nor. Un efect cu totul diferit apare însă când razele solare se reflectă înainte de a provoca apariția curcubeului. Curcubeul deplasat WZ va avea în acest caz centrul în punctul T’, care este imaginea punctului antisolar T (fig. 6.8). Acest arc ocupă mai mult decât un semicerc. Distanța dintre vârfurile celor două arcuri este egală cu unghiul dintre T și T’, adică cu 2α, unde α este înălțimea Soarelui deasupra orizontului. În multe cazuri, arcul deplasat se vede numai parțial, de exemplu se văd numai vârful sau numai capetele sale. Așadar, când vedeți un curcubeu neobișnuit, amintiți-vă înainte de toate de posibilitatea unei astfel de reflexii. Căutați în apropiere iazuri mai mari și încercați să puneți în concordanță arcurile incomplete cu poziția acestor iazuri. Două curcubeie care se formează datorită reflexiei se completează reciproc până la un cerc întreg (fig. 6.8. a și b). Pentru a deosebi aceste fenomene se pot folosi denumirile curcubeul reflectat (WR) și curcubeul de la Soare reflectat (WZ).

Fig. 6.8 a)R – curcubeul, WR – curcubeul reflectat, WZ – curcubeul format de imaginea Soarelui.

[Mircea Mihail Popovici, Fizică – Fenomene optice, Editura Teora, București, 1999]

Fig.6.8 b) (http://www.ziare.com/)

Și un curcubeu orizontal poate să se reflecte în apă și atunci hiperbola, cu culorile ei frumoase, formată pe picăturile care plutesc pe suprafața apei, pare dublă. Faptul că curcubeul mai slab apare în urma reflexiei devine pe deplin evident, dacă reușim să observăm curcubeul orizontal pe o suprafață înghețată, în acest caz al doilea curcubeu dispare.

Distanța unghiulară dintre curcubeie este egală cu dublul înălțimii Soarelui, însă deoarece în acest caz picăturile se află pe suprafața apei nu se poate stabili dacă reflexia a avut loc înainte sau după ce razele luminii au trecut prin picătura de apă. În ambele cazuri se formează o hiperbolă.

Culoarea albicioasă a curcubeului în cazul iluminării lunare se datorează slabei intensități a luminii incidente.

Fig.6.9 – Curcubeu lunar(http://www.ziare.com/)

În ultimele 5—6 min înainte de asfințitul Soarelui, toate culorile curcubeului, în afară de cea roșie, încep să dispară și, în sfârșit, rămâne numai un singur arc-cel roșu. Uneori el este foarte strălucitor și rămâne vizibil chiar 10 min după apusul Soarelui. Desigur, părțile inferioare ale arcului sunt în acest timp acoperite, astfel încât curcubeul pare să înceapă la o anumită înălțime deasupra orizontului. În felul acesta, natura ne prezintă spectrul luminii solare și ne arată cum variază el în timpul apusului Soarelui. Aceste modificări sunt produse de difuzia în atmosferă a luminii cu lungimi de undă mai mici .

Curcubeie rosii

Fig. 6.10- Curcubeul roșu(http://www.ziare.com/)

Acțiunea fulgerului asupra curcubeului a fost observată de către J.W. Laine. La fiecare descărcare electrică în timpul unei furtuni, marginile dintre culorile curcubeului dispăreau. Modificările sunt deosebit de vizibile în arcurile suplimentare, intervalul dintre arcul violet și primul arc suplimentar dispărea complet, iar arcul galben devenea mai strălucitor. Părea că întregul curcubeu vibrează. S-a constatat că aceste modificări indică o creștere a mărimii picăturilor de apă.

Fig.6.11 – Acțiunea fulgerului asupra curcubeului ( http://www.weatherscapes.com/)

Acest fenomen optic nu apăre simultan cu fulgerul, ci câteva secunde după acesta o dată cu tunetul. Se poate presupune că, în urma vibrațiilor aerului, picăturile tind să se contopească, însă această tendință este atât de slabă, încât pare improbabil ca ea să dea un efect observabil. Este de asemenea, posibil ca descărcarea electrică să producă o modificare a tensiunii superficiale a picăturilor, astfel încât ele se unesc mai ușor între ele, însă în acest caz egalitatea dintre intervalul de timp necesar pentru această modificare și intervalul de timp între fulger și tunet trebuie considerată întâmplătoare.

6.2. Haloul

Din categoria halourilor (fig.6.12) fac parte o serie de fenomene ce se observă în urma refracției și reflexiei luminii în cristalele de gheață din nori.

Fig.6.12 – Reprezentarea schematică a câtorva forme de halo: a)cercul mic sau cercul de 22º, b)Parheliile sau sorii falși în haloul mic; c) Arcurile tangente orizontale la haloul mic. Haloul circumscris; d) Arcurile tangente înclinate ale haloului mic sau „arcurile înclinate ale lui Lowitz"; e) Arcul lui Parry; f) Cercul mare sau haloul de 46º; g) Sorii falși ai haloului mare; h) Arcurile tangente inferioare ale haloului mare; i) Arcul tangent superior al haloului mare; j) Arcul circumzenital; k) Cercul orizontal sau parhelic.

[Mircea Mihail Popovici, Fizică – Fenomene optice, Editura Teora, București, 1999]

Cercul de 22º sau cercul mic: Fenomenul de halo de acest gen reprezintă un cerc alburiu, colorat slab, ce se observă în jurul Soarelui sau Lunii și are raza unghiulară vizibilă de 22º. Marginea interioară a cercului, orientată spre astru, are întotdeauna culoarea roșie. Marginea exterioară a cercului este colorată într-o nuanță verde-albastru. Conturul marginii exterioare a cercului este șters. Uneori, nu se observă un cerc întreg, ci numai porțiuni de cerc. Cercul din jurul Lunii are adesea o culoare alburie.

Fig.6.14 – Haloul de 220 (http://ro.wikipedia.org/wiki/Halou)

Fig.6.15 – Haloul de 22º și sorii falși  (http://www.atoptics.co.uk/halo/common.htm )

Sorii falși în haloul mic constituie două pete de lumină mai strălucitoare în haloul mic, la aceeași înălțime cu Soarele. Deseori se întâmplă să fie vizibil numai unul dintre ei, uneori haloul mic lipsește, în timp ce parheliile sunt perfect vizibile. Intensitatea sorilor falși este de obicei mare, ei sunt roșii la marginea interioară, apoi culoarea roșie trece în galbenă și galbenul în alb-albăstrui. La o observare atentă, se constată că în realitate, parheliile se află ceva mai departe de Soare decât haloul mic, și anume cu atât mai departe, cu cât este mai mare înălțimea Soarelui deasupra orizontului. când Soarele este foarte sus, distanța poate atinge câteva grade.

Sorii falși apar atunci când axele unui număr mare de cristale de gheață hexagonale sunt verticale. Aceasta se întâmplă în cazul cristalelor de forma unor „umbrele" care coboară încet sau în cazul când acele de gheață au forma unor bastonașe cu câte o adâncitură la unul din capete.

Arcurile tangente relativ luminoase deasupra și dedesubtul haloului mic apar în condiții favorabile ca părți ale unei curbe luminoase mult mai mari haloul circumscris. Această formă foarte rară apare atunci când axele cristalelor hexagonale sunt orientate orizontal și vibrează sau se rotesc puțin în jurul acestei poziții, adică atunci când în locul cristalelor plate predomină cele lungi.

Fig.6.16- Arcurile tangente la cercul de 22º Fig.6.17 – Arcurile lui Lowitz ( http://www.atoptics.co.uk/halo/common.htm)

Forma haloului circumscris depinde sensibil de înălțimea Soarelui. Atunci când Soarele nu este prea sus pe cer, tot ceea ce se poate vedea este arcul tangent superior curbat în jos de ambele părți. La înălțimi mari se poate vedea deja o figură eliptică.

Fig.6.18- Haloul circumscris (http://www.atoptics.co.uk/halo/common.htm)

Arcurile tangente înclinate ale haloului mic sau „arcurile înclinate ale lui Lowitz" Aceste arcuri mici pornesc înclinat de la sorii falși și sunt tangente la haloul mic fenomenul este foarte rar. El poate fi văzut numai atunci când Soarele se află sus pe cer și sorii falși se găsesc la o anumită distanță de haloul mic. Aceste arcuri apar atunci când micile prisme de gheață verticale, care produc sorii falși oscilează puțin în jurul verticalei. Deseori vedem numai o alungire a sorilor falși cu unu sau două grade. Arcul mic este înclinat față de orizont cu aproximativ 60°.

Arcul lui Parry este un arc mic, puțin curbat, situat imediat deasupra haloului mic, poate fi văzut foarte rar. El apare atunci când prismele hexagonale au tendința nu numai de a pluti cu axa în direcția orizontală, dar și de a-și menține în poziție orizontală una din fețele lor laterale.

Fig.6.18 – Halouri Arcul lui Parry, Arcurile tangente la cercul mic, cercul de 22º și sori falși 

(http://www.atoptics.co.uk/halo/common.htm)

Arcul circumzenital este unul din cele mai frumoase fenomene de halo. Apare relativ, des, în special pe nori de furtună, și are forma unui arc de curcubeu strălucitor colorat, paralel cu orizontul. Se ivește de obicei la câteva grade deasupra locului unde se așteaptă apariția arcului tangent superior al haloului mare.

Fig.6.20 – Arcul circumzenital(http://www.ziare.com/)

Pentru a explica producerea arcului în jurul zenitului trebuie să ne imaginăm cristale de forma unor plăci sau umbrele care plutesc cu axele în direcție verticală. Raza solară se va refracta atunci pe prisme de 90°, însă în general nu în direcția devierii minime.

Cercul mare sau haloul de 46° El pare de două ori mai îndepărtat de Soare decât haloul mic și are aceleași culori; strălucirea sa este însă mai mică și este mult mai rar vizibil. Acest halo mare se formează în același fel ca și haloul de 22° (cercul mic), dar de aceasta dată datorită refracției în prisme de gheață de 90° orientate dezordonat.

Sorii falși ai haloului mare se observă rar și aceasta nu este de mirare. Pentru apariția lor este necesar ca muchia cu unghiul de refracție de 90° să fie orientată vertical la un număr mare de cristale. Dacă ținem seama de formele obișnuite ale cristalelor de gheață, pare aproape de neînchipuit că acest fenomen se întâlnește în realitate.

Arcurile tangente inferioare ale haloului mare constituie un alt fenomen rar. Aceste arcuri apar la o anumită orientare a cristalelor, atunci când și axele și fețele laterale sunt orizontale, iar unghiul de refracție este de 90°. În cazul când Soarele se află foarte sus pe cer, se poate vedea cum arcul se îndreaptă sau chiar capătă o concavitate orientată spre Soare.

Arcul tangent superior al haloului mare apare numai atunci când în aer plutesc prisme drepte care au muchiile refractante orizontale și oscilează în jurul acestei poziții. Arcul tangent este produs de prismele care sunt orientate în așa fel, încât deviază razele sub unghiul de deviere minimă. Adeseori se observă arcuri care amintesc foarte mult de cel descris, dar care au o proveniență cu totul diferită, este vorba de arcul circumzenital al lui Bravais și nu de arcul tangent adevărat.

Cercul orizontal sau parhelic este un cerc care se întinde paralel cu orizontul, la aceeași înălțime cu Soarele. Deși uneori el poate fi urmărit pe toată lungimea sa de 360°, adesea porțiunea sa din apropierea Soarelui se observă greu, datorită faptului că cerul este foarte strălucitor. Faptul că cercul nu este colorat, arată foarte clar că el apare în urma reflexiei și nu a refracției. Planurile de reflexie sunt în acest caz fețele laterale ale prismelor de gheață care plutesc în aer cu axele orientate vertical.

fig.6.21(http://www.atoptics.co.uk/halo/common.htm )

Coloanele de lumină sunt în realitate incolore, însă atunci când Soarele (sau Luna) este la o înălțime mică pe cer și devine galben, portocaliu, sau roșu, coloanele capătă aceleași culori. Aceasta se întâmplă numai la o înălțime a Soarelui de 5°, mai rar la înălțimi de 15° sau mai mult.

Intensificarea întâmplătoare a strălucirii unei coloane de lumină în cazul când aceasta cade pe un nor dă senzația unei pete luminoase. Acest fenomen a căpătat denumirea de Soare dublu. El poate fi observat mai bine atunci când pata se află sub Soare și nu deasupra sa. Distanța între Soare și această pată nu depășește 1—2°. În anumite cazuri excepționale, deasupra discului solar există două sau chiar trei asemenea imagini. Se pare că acest fenomen este produs de modificările locale ale strălucirii unei coloane de lumină, datorite distribuției neuniforme a norilor.

Fig.6.21 – Coloană luminoasă (cu Soarele)( https://www.google.ro)

Fig.6.22 – Coloană luminoasă (cu Luna)( http://www.dewbow.co.uk/haloes/mpl01m.jpg)

Crucile luminoase se observă numai de pe un munte sau din avion și reprezintă o imagine incoloră, puțin alungită. În împrejurări favorabile, se poate vedea o pată luminoasă eliptică, înconjurată de un inel de difracție eliptic cu raza de 0,5—10. Se pare că toate cristalele de gheață au aproximativ aceeași mărime și acționează ca un mic orificiu. Observatorul privește sub un unghi față de orizont, astfel încât dimensiunile verticale se contractă și imaginea de difracție pare mai largă în această direcție.

Fenomene de halo foarte rare și incerte: în afară de multiplele forme de halo deja amintite, vom enumera mai jos câteva fenomene mult mai rare, care apar cu o claritate uimitoare, în momente cu totul neprevăzute):

Cercurile în jurul Soarelui de 6-7°; 9-11,5° ; 15°, 16,5°; 18-20°; 24,5°; 27,5°; 33-34°. Cercurile se formează în urma refracției în cristale de gheață piramidale orientate întâmplător, de aceea deseori apar câteva cercuri simultan.

Un cerc alb, de 90° în jurul Soarelui, uneori cu un arc tangent superior. Un cerc în jurul Soarelui cu raza de 120°.

Anthelie — o pată luminoasă pe cercul orizontal în punctul opus Soarelui, de obicei incoloră și foarte difuză.

Sori falși pe cercul de 90°; la 33° de Soare; la 19° de Soare.

Pete luminoase albe (parantheliile) pe cercul orizontal la 120° de Soare.

Soarele fals sub orizont, vizibil din avion sau de pe un munte ca imaginea unui soare fals obișnuit.

Coloane de lumină deasupra sorilor falși și deasupra antheliei. Sori falși ai sorilor falși (fenomene secundare de halo). Sori falși așezați în locul unde cercul mic și coloana verticală intersectează orizontul.

Arcuri tangente superioare la cercurile 11,5° și 24,5°.

Arcuri tangente la cercul mic al sorilor falși.

Arcuri oblice prin Soare și arcuri înclinate prin anthelie, de obicei albe; o dată însă s-au observat colorate.

Arcuri oblice prin Soare care coboară spre orizont în partea opusă Soarelui.

Arcuri în partea opusă Soarelui, adică arcuri în jurul antheliei, cu raza de 33°, 35°, 38°. Arcuri neobișnuite în jurul zenitului la diverse înălțimi.

O elipsă în jurul Soarelui cu axa mare verticală de 10° și axa mică orizontală de 8°.

Haloul lui Bouguer în jurul punctului antisolar, cu o rază de 35-38°. Uneori e greu să-l deosebești de curcubeul alb, însă haloul lui Bouguer este complet incolor, nu are arcuri secundare și este însoțit de obicei și de alte fenomene de halo.

Fenomene de halo oblice și deformate Uneori se observă coloane de lumină „verticale" care au o înclinație față de verticală până la 20°.

Se știe, de asemenea, că arcul tangent superior poate să atingă cercul mic la 10—12° de punctul său superior.

Cercul orizontal este rareori înclinat față de orizont. Acest cerc a fost văzut o dată la 1-2° sub Soare. S-a observat o dată un Soare fals pe cercul mic la 40 minute mai sus decât ar fi trebuit.

Complexitatea și diversitatea fenomenelor de halo se datorează diversității formelor cristalelor de gheață. Cele mai caracteristice forme ale cristalelor de gheață sunt:

Cristalele care reprezintă coloane lungi prismatice sau piramidale hexaedrice;

Formele lamelare din care fac parte cristalele în formă de plăci hexaedrice.

Celelalte forme de cristale de gheață pot fi considerate drept combinații ale acestor forme de bază.

Rolul principal în refracția luminii pe cristalele de gheață îl au fețele care formează între ele unghiuri de 60, 90 și 120º. În primele două cazuri cristalele lasă să treacă razele de lumină, iar în al treilea caz în cristale are loc reflexia interioară totală a luminii.

În timpul căderii cristalelor axele principale ale acestora pot fi orientate în orice direcție. În acest caz se formează haloul în formă de cerc. La căderea cristalelor în poziție verticală sau orizontală se formează sori falși.

Pentru a explica formele principale de halo vom examina drumul razei într-o prismă cu unghiul de refracție α (fig.6.23) .

Fig. 6.23 – Drumul razei într-o prismă

[Mircea Mihail Popovici, Fizică – Fenomene optice, Editura Teora, București, 1999].

Să presupunem că raza de lumină cade pe prismă sub unghiul i și este refractată sub unghiul de refracție e. La ieșirea din prismă unghiul de incidență este egal cu e´, iar unghiul de refracție cu i´. În total, la trecerea prin prismă raza deviază cu unghiul:

(6.12)

Însă e + e`= iar (unghiuri cu laturi perpendiculare) prin urmare e + e´= α iar d = (i + i´) – α (6.13)

adică unghiul de refracție a razei la o prismă dată depinde numai de unghiul de incidență, deoarece i´ depinde de i. Diferențiem expresia (6.13) în funcție de i: și aflăm condițiile pentru unghiul de deviație minimă, anulând această derivată

(6.14)

sau

(6.15)

și (6.16)

Se știe că sin i = n sin e, sin i` = n sin e`, unde n este indicele de refracție, sau cos i di = n cos e de, cos i` di` = n cos e` de`.

Împărțind prima din aceste expresii cu a doua vom obține:

sau (6.17)

Ecuația (6.17) este valabilă numai dacă sin i´ = sin i sau i´= i, e´= e.

Astfel pentru unghiul de deviere obținem expresia

d = 2i – α (6.18)

Aflăm unghiul de refracție I și unghiul de reflexie E pentru unghiul de deviație minimă D. Evident că D = 2I – α și E = α, de unde:

și . Însă

prin urmare

(6.19)

Din expresia (6.19) se poate afla unghiul de deviație minimă.

La α = 60º pentru culoarea roșie (n = 1,307) Droșu= 21º34´, iar pentru culoarea violet (n = 1,317) Dviolet= 22º20´.

La α = 90º Droșu= 45º44´ și Dviolet= 48º08´.

Unghiul de deviație maximă L, evident că se obține atunci când i = i´= 90º. Pentru culoarea roșie la α = 60º, Lroșu= 43º28´ , iar pentru α = 90º, Lroșu= 58º18´.

Calculele pentru unghiurile de deviație minimă și maximă s-au executat pentru planul principal al prismei. Pentru oricare alt plan, calculele sunt puțin mai complicate, însă principial imaginea nu se schimbă.

Concluzia principală constă în aceea că unghiurile de deviație maximă și minimă depind numai de unghiul de refracție al prismei.

În continuare voi face refere la teoria sorilor falși și a cercurilor de 22º.

Dacă unghiul de refracție este de 60º unghiul de deviație minimă a razei roșii este egal cu 21º34´, iar a razei violet 22º28´.

Să presupunem că, în atmosferă, cristalele cu unghiul de refracție de 60º sunt orientate în așa fel încât axele lor principale se află în poziție verticală. În acest caz dacă Soarele se află la orizont, atunci cristalele deviază razele care cad pe ele în așa fel încât unghiul de deviație minimă pentru razele roșii Droșu este egal cu 21º34´ (fig.6.24).

Fig.6.24 – Formarea soarelui fals și a cercului

[Mircea Mihail Popovici, Fizică – Fenomene optice, Editura Teora, București, 1999].

În ochiul observatorului ajung cel mai mult razele din apropierea direcției deviației minime și de aceea bolta cerească pare deosebit de luminată în apropierea punctelor A și A´. Între punctele A și A´ spațiul pare mai întunecat deoarece lumina din acest spațiu nu ajunge în ochiul observatorului (orice unghi AOS va fi mai mic decât unghiul de deviație minimă). Intensitatea luminii roșii de la A spre B și de la A´ spre B´ scade. Deoarece pe cristalele din nori nu cade lumină monocromatică ci lumină albă, aceasta se descompune în spațiu în culorile componente ale luminii albe și în acest caz, unghiul maxim de deviație îl au razele violete, iar unghiul minim razele roșii. Din această cauză marginea Soarelui fals orientată spre Soare este întotdeauna colorată în roșu și totodată această margine se află la distanța de 21º34´ față de Soare. Mărimea soarelui fals este egală cu 1º20´.

Benzile strălucitoare de lângă soarele fals apar din cauză că în ochiul observatorului ajung și raze deviate sub un unghi mai mare decât unghiul deviației minime. Dimensiunile benzilor depind de diferența dintre Lviolet și Lroșu.

Dacă Soarele se află puțin mai sus de orizont, atunci imaginea se complică întrucâtva deoarece în acest caz refracția, nu se mai produce în planul principal al cristalelor prismatice din nor, ci într-un plan care formează cu planul principal un unghi oarecare, egal cu unghiul de înălțare a Soarelui. Distanța dintre soarele fals și Soare se mărește, iar strălucirea soarelui fals se micșorează. La înălțime mare a Soarelui sorii falși se observă rareori.

În timpul căderii cristalelor axele principale ale acestora au de cele mai multe ori o orientare haotică și de aceea soarele fals se transformă în cerc cu raza aproximativă de 22º.

Sorii falși și cercurile de 22º și 46º se observă în norii Cirrocumulus și Cirrostratus. Apariția halo-ului este unul dintre semnele de apropiere a norilor frontului cald deși, din simpla apariție a halo-ului nu se poate trage o concluzie privind apropierea frontului cald.

Coloanele luminoase se datorează reflexiei luminii de către cristalele de gheață în formă de plăci. Deoarece la reflexia luminii albe nu se produce descompunerea acesteia în spectru, coloanele luminoase sunt albe. Pentru a explica formarea unei coloane luminoase vom examina fig.(6.25)

Fig.6.25 – Formarea coloanei luminoase

[Mircea Mihail Popovici, Fizică – Fenomene optice, Editura Teora, București, 1999]

Raza incidentă de pe cristal este reflectată și ajunge în ochiul observatorului (O). Din această cauză observatorul vede pata albă în direcția OC. Dacă cristalele oscilează în jurul unei poziții de echilibru, atunci pata ia forma de coloană.

Explicația cercului orizontal este absolut analogă, însă în acest caz oscilația cristalelor nu se produce în jurul axului orizontal, ci în jurul axului vertical.

6.3. Coroanele

În cazul cerului noros, în jurul Soarelui sau Lunii, adesea se observă o coroană. Coroana reprezintă un cerc colorat în jurul astrului. Marginea exterioară a unui astfel de cerc este întotdeauna colorată în roșu. Primul cerc din imediata apropiere a astrului se numește coroana de ordinul întâi sau aureolă. Al doilea cerc – coroana de ordinul doi, al treilea – de ordinul trei. Coroanele de ordinul trei se observă rareori. Colorația coroanelor secundare este aceeași ca și colorația aureolei.

Fig.6.26 – Coroană (https://www.google.ro)

Coroanele se formează atât în norii cristalini, cât și în norii apoși. Dimensiunile coroanelor formate în norii cristalini sunt destul de constante și ating câteva grade (aureola). Coroanele care se observă în norii As, Ac și Sc constituiți din picături de apă, au dimensiuni variabile. În norii formați din picături de apă de cele mai multe ori se vede numai aureola singură.

Similar cu fenomenul coroanelor este și fenomenul gloria care reprezintă de fapt o coroană în jurul punctului antisolar sau antilunar.

Coroanele se observă și în jurul planetelor și chiar și în jurul stelelor.

După datele obținute din zboruri s-a stabilit că atât coroanele cât și gloriile se observă în nori a căror grosime este de 0,5 – 1km. De cele mai multe ori coroanele și gloriile se observă în norii formați din picături de apă cu temperatura de la 0 până la -8º, precum și în norii formați din ace de gheață.

Fenomenul de coroană și gloria se explică perfect prin difracția luminii pe picături și cristale. O realizare importantă a constituit stabilirea faptului că difracția luminii pe o picătură poate fi considerată ca o difracție pe un orificiu îngust de același diametru, iar difracția de pe un cristal ca o difracție pe o fantă cu aceleași dimensiuni.

Vom examina mai întâi difracția luminii monocromatice pe o picătură, adică fenomenul de coroană din norii apoși. Din punct de vedere calitativ raționamentul poate fi făcut în modul următor.

Să presupunem că AB = d este diametrul picăturii (fig.6.27) fiind perpendicular pe fasciculul de raze ce vin de la astru.

Fig.6.27 – Interferența luminii monocromatice la difracția luminii pe o picătură

[Mircea Mihail Popovici, Fizică – Fenomene optice, Editura Teora, București, 1999].

Unda luminoasă ce ajunge la picătură, se propagă în toate direcțiile. În funcție de diferența de drum, pe ecran vom obține o alternanță de cercuri luminoase și întunecate.

Cercul luminos se obține în punctul M, în care diferența de drum este egală cu zero. În punctul Z, unde diferența de drum este AZ – BZ = λ/2, vom obține un cerc întunecat, iar în punctul M´ unde BM´– AM´= λ – unul luminos. În punctul Z1 în care BZ´– AZ´ =-(3λ/2) – iarăși un cerc întunecat,etc.

Aceste principii sunt valabile pentru razele de orice culoare. Diferența constă numai în aceea că, cercurile întunecate și luminoase se deplasează. Dacă pe o picătură cade lumină albă, aceasta se descompune în spectru, iar spectrul de difracție, după cum se știe, este în ceea ce privește dispunerea culorilor, invers spectrului ce se formează la refracția luminii albe. Prin urmare, marginea exterioară a cercului trebuie neapărat să fie colorată în roșu. Atât teoria, cât și practica ne arată că situația nu se schimbă dacă avem de-a face nu cu una ci cu o mulțime de particule, fie ele lichide (picături), sau solide (cristale). În acest fel se explică în mod elementar formarea coroanelor și colorația acestora. Totuși, deocamdată încă nu putem spune nimic despre dimensiunile coroanelor, grosimea aureolelor și cercurilor, precum și distanța dintre ele. Mai jos se dă o descriere mai amănunțită.

În figura 6.28 este reprezentată o picătură din nor cu diametrul a. Dacă pe o picătură pe care, o considerăm drept orificiu de același diametru, cade mai întâi o lumină uniformă, fiecare suprafață elementară (infinit de mică) cu dimensiunea r dr dψ va radia lumină.

[Mircea Mihail Popovici, Fizică – Fenomene optice, Editura Teora, București, 1999]

Vom trece acum la fig.6.29, în care a este diametrul picăturii și vom determina amplitudinea oscilațiilor în punctul P, presupunând totodată că între punctul P și picătură se află o lentilă care face ca fasciculul de raze, inițial paralel, să conveargă în acest punct. În fig. (6.29) raza BP reprezintă raza centrală, care nu este refractată. Aportul vectorului electric ce depinde de rază, ce vine de la suprafața elementară r dr dψ și are o diferență de fază față de raza centrală egală cu δ, poate fi exprimată prin relația:

dy = r dr dψ cos δ (6.20)

Pentru a aprecia aportul întregii suprafețe, adică pentru a calcula amplitudinea oscilațiilor în punctual P trebuie integrată expresia (6.20) în funcție de r și ψ în limitele de la 0 până la 2π și de la 0 până la a/2:

(6.21)

Deoarece această integrală este proporțională cu amplitudinea vectorului electric în punctul P, se poate considera că el dă intensitatea relativă a luminii, condiționat de difracție, în punctul P. După cum se vede din fig.(6.29), diferența dintre drumul parcurs de raza centrală și o altă rază oarecare, de exemplu, de raza OP, este egală cu r cos ψ sin φ. Însă, de aici reiese că diferența dintre faze este:

(6.22)

și prin urmare (6.23)

Expresia (6.23) se integrează termen cu termen în funcție de r și ψ. În urma integrării se obține o serie denumită funcție Bessel de ordinul întâi pentru care sunt întocmite tabele. Notăm funcția Bessel de ordinul întâi prin J1(x) în care . Dacă notăm pe prin α, atunci vom obține

(6.24)

Intensitatea luminii Jo reprezintă pătratul amplitudinii, pe care o putem considera egală cu y. Dacă prin Iq notăm intensitatea la φ = 0, atunci intensitatea relativă va fi:

(6.25)

Analiza lui Jo ne arată că

(6.26)

în care Eo este fluxul de radiație ce reprezintă un fascicul de raze ce cad pe picătură.

Pentru n picături

(6.27)

În acest caz, Jd este intensitatea luminii coroanei pentru n picături. Pentru intensitatea relativă, pe baza expresiilor (6.25) și (6.27) obținem:

(6.28)

Expresiile (6.27) și (6.28) sunt valabile numai pentru lumina monocromatică. Pentru lumina albă, aceasta trebuie integrată în funcție de lungimea de undă λ.

Din ecuațiile (6.27) și (6.28) rezultă că, maximele și minimele de intensitate relativă se obțin la următoarele valori ale lui α sin φ:

Maximul pentru α sin φ = 0: 5,15; 8,47

Minimul pentru α sin φ = 3,84: 7,02; 10,18.

De unde în total minimul de intensitate se obține la

α sin φ = (n+0,22) π. (6.29)

Maximul la α sin φ = 0 de obicei nu se observă, este șters și de aceea primul maxim se fixează atunci când

α sin φ = 5,15 (6.30)

sau, deoarece , când . (6.31)

Intensitatea luminii maximului, o dată cu creșterea numărului (curent) al acestuia scade foarte repede.

Expresia (6.29) poate fi scrisă sub următoarea formă:

, (6.32)

în care ρ = a/2 este raza picăturii.

Pentru n = 1 se obține primul maxim, la n =2 al doilea maxim, etc.

După cum ne arată formula (6.22), poziția minimelor depinde de mărimea picăturilor și de lungimea de undă. Dacă pe picătură ar cădea lumină monocromatică atunci ar avea loc alternanța cercurilor întunecate cu cele luminoase. Deoarece însă, pe picături cade lumina albă, se produce suprapunerea culorilor și în acest caz, marginea exterioară a coroanei de orice grad ar fi ea, trebuie să fie colorată în roșu, iar marginea interioară, în violet. Aceasta se datorează faptului că la difracție devierea maximă o suferă razele roșii, iar devierea minimă, razele violet.

Pe baza expresiei (6.32) se pot calcula dimensiunile unghiulare ale aureolei. În acest caz n = 1. Deoarece unghiul α este mic, se poate admite că sin φ = φ și deci:

(6.33)

Pentru primul cerc n = 2 iar etc. Distanța dintre cercurile întunecate se determină prin expresia (6.34)

Comparația dintre expresiile (6.33) și (6.34) ne arată că aureola este mai lată decât orice cerc, iar dimensiunile unghiulare ale acestora sunt invers proporționale cu mărimea picăturilor. Astfel, după dimensiunile unghiulare ale aureolei se poate aprecia mărimea elementelor noroase. Tocmai în acest mod s-a stabilit că mărimea picăturilor noroase, care permit formarea coroanelor, variază în limitele de la 0,5*10-3 până la 1,2*10-3mm. Raza unghiulară a aureolei variază în funcție de condițiile concrete în medie de la 1 până la 5º.

Dependența dimensiunilor coroanelor (a aureolelor) de dimensiunile picăturilor ne permite să apreciem caracterul proceselor care se desfășoară în nori. Așa de exemplu, micșorarea dimensiunilor coroanei dovedește că dimensiunile particulelor cresc, adică încă un criteriu că în perioada ce urmează sunt posibile precipitații.

Coroanele din norii cristalini se explică principial la fel. Difracția însă trebuie examinată nu pe un orificiu rotund, ci pe o fantă. În acest caz, poziția minimelor se determină după formula: , (6.35)

în care a este lățimea secțiunii transversale a cristalului.

După cum ne arată formula (6.35), lățimea aureolei și a cercurilor din norii cristalini este aceeași, iar dimensiunile unghiulare ale aureolei din norii cristalini sunt mai mici decât din norii formați din picături.

Gloriile se explică în mod absolut identic.

Deosebirile dintre glorii și coroane, deduse în urma observațiilor sunt: -primul inel întunecat al gloriei este difuz și diametrul său este mai mic, inelele exterioare sunt mult mai strălucitoare, polarizarea este puternică (ea poate fi observată aproape la orice zbor cu ajutorul unui polaroid), oscilațiile radiale sunt mult mai intense, spre deosebire de coroane difracția în cazul gloriilor se obține cu lumină reflectată și nu directă. Din această cauză, strălucirea gloriilor este cu mult mai slabă decât a coroanelor, iar gloriile se observă cu mult mai rar.

Mai frecvent gloriile pot fi observate din avion.

Fig. 6.30 – Gloria văzută din avion (http://www.dewbow.co.uk/bows/glr05m)

Fig. 6.31 – Gloria și spectrul Brocken(http://www.atoptics.co.uk/fz64.htm)

Gloria este deseori înconjurată de un curcubeu alb. Curcubeul apare de fiecare dată când distanța de la ochiul nostru până la ceață depășește 50 m. Este interesant că curcubeul pare mult mai îndepărtat de noi decât gloria, acesta este un efect pur psihologic. Simultaneitatea celor două fenomene ne dovedește că gloria se datorează apariției picăturilor de apă și nu unor cristale de gheață. De menționat este faptul că în straturile de nori în care se formează acest fenomen, temperatura este cu câteva grade sub punctul de înghețare al apei. Prin urmare, picăturile în nor trebuie să fie suprarăcite. Gloria poate fi însoțită și de spectrul Brocken, o umbră stranie, ce apare în nori, în condiții de ceață cu picături foarte mici, datorită difuziei luminii.

6.4. Irizația norilor

Uneori, unele pânze de nori subțiri Cirrus, Cirrostratus sau Cirrocumulus, prin care se vede Soarele, sclipesc cu lumina ce bate în diferite culori. Acest fenomen asemănător cu sclipirea luminii de pe suprafața sidefului se numește irizația norilor, iar norii însăși – norii de irizație. Porțiunile sclipitoare de nori aflate la distanță mică de Soare reprezintă adesea părți izolate de coroane. Porțiunile norilor de irizație aflate la distanță mai mare de Soare pot să prezinte părți de halo de diferite forme. Pe lângă aceasta trebuie avut în vedere că în nori subțiri există cristale în formă de steluțe care pot fi considerate drept rețele de difracție. În cazul mișcării haotice a acestor cristale se obține o mare diversitate și alternanță a culorilor și o mare variație a acestora. Culorile norilor pot fi deosebite practic întotdeauna dacă cerul nu este complet acoperit de nori. Nuanțele de culori dispar numai atunci când Soarele este jos sau când cerul este absolut alb și nu albastru.

Norii cumulus, nimbocumulus și stratocumulus prezintă o irizație numai la margine care este greu de observat din cauza luminii orbitoare.

Irizația cea mai frumoasă o prezintă norii albi strălucitori cirrocumulus și altocumulus, în special cei cu o formă lenticulară, care apar puțin timp înainte sau după furtună. Culorile sunt distribuite în fâșii și „ochiuri". Irizația se vede și atunci când norul își schimbă repede forma cu puțin înainte sau imediat după furtună.

Indicații prețioase asupra originii culorilor obținem dacă urmărim ordinea distribuției lor. La prima vedere, distribuția culorilor pare dezordonată, însă după puțin timp începem să observăm o anumită regularitate. Distribuția culorilor în nori la o anumită distanță de Soare este determinată, după toate aparențele, de structura norului. Anumite dungi își păstrează culoarea în întregul nor, sau în jurul întregului nor se vede o margine purpurie-roșie etc. Dacă norul este aproape de Soare, factorul cel mai important este distanța. S-a observat, de exemplu, că norii încep să prezinte culorile curcubeului de fiecare dată când ei ajung într-o anumită parte a cerului sau că culorile se distribuie în inele mai mult sau mai puțin regulate în jurul Soarelui.

Irizația norilor se observă și în jurul Lunii, deși mai rar decât în jurul Soarelui. Culorile lor sunt mai șterse, desigur din cauza iluminării foarte slabe.

După cum s-a constatat, sclipiri prezintă numai norii subțiri, a căror microstructură este, mai mult sau mai puțin uniformă.

Există o formă foarte rară și interesantă de nori în care apar irizații care reprezintă un fenomen de dimensiuni mult mai mari decât formele obișnuite. Șiruri întregi de nori irizează în culorile curcubeului ca solzii de pește, prezentând uneori tonuri de o puritate uimitoare. Aceste nuanțe sunt deosebit de clare cu puțin înainte de apusul Soarelui, la o distanță de 10—20° de el. Proprietatea specifică a acestor nori constă în aceea că ei rămân vizibili timp de două ore după apusul Soarelui, fapt care indică înălțimea lor mare. Recent, prin metode mai precise, înălțimea lor a fost determinată ca fiind de 25 cm, în timp ce norii obișnuiți nu se ridică niciodată mai sus de 12 km. Din cauza înălțimii mari a acestor nori, se pare că ei se mișcă foarte încet, în realitate, ei se mișcă cu o viteză de 10—90 m/s. Norii sidefii se întunecă foarte brusc, în aproximativ patru minute. Acesta este intervalul de timp necesar pentru ca discul Soarelui să se ascundă sub orizont. De aceea, pare foarte probabil că acești nori sunt iluminați nu de lumina amurgului, ci direct de lumina Soarelui.

Distribuția culorilor în norii sidefii depinde aproape cu totul de regiunea considerată a norului. Uneori acești nori sunt presărați cu benzi, sunt ondulați și amintesc de norii Cirus; alteori întregul șir de nori are aproape o singură culoare, fiind împodobit de culorile spectrului de-a lungul marginilor sau în fâșii orizontale lungi, între care se poate vedea fondul neobișnuit de opal al cerului. Culorile rămân uneori constante, alteori se schimbă treptat. Ele dispar atunci când distanța norului de la Soare depășește 40°.

Fig. 6.32 a,b,c,d – Irizația norilor (https://www.google.ro)