6.3. Légköri fényjelenségek

A légköri fényjelenségek kialakulhatnak derült ég mellett (pl. tükrözések), felhős ég mellett (pl. halo), és vízjelenséggel együtt (pl. szivárvány). A különböző légköroptikai jelenségek részletes leírását lásd pl.: Bartholy et al., 2013.

6.3.1. Halojelenségek

A halojelenségek jégkristályokon történő fénytörés és fényvisszaverődés révén jönnek létre. A halojelenség leggyakrabban előforduló fajtája a Nap, vagy a Hold körül 22 fokos szögben látható körív (kis halo). Ritkábban előforduló jelenség a nagy haló (ami 46 fokban látszik). Nagyon ritkán más szögekben is láthatók halo-gyűrűk (9, 17 és 80 fokos halok). További halojelenségek az érintőívek (a 22 vagy 46 fokos halót két oldalról érintő színes ívek), a melléknapkör, vagy mellékholdkör (vízszintes, fehéres fényű sáv a Nap vagy a Hold magasságában), a melléknap, vagy mellékhold (színes, fényes foltok az égitesttel azonos magasságban), a zenit körüli ívek (színes, vízszintes ívek az égitest alatt vagy fölött) és a fényoszlop (függőleges fényív általában a Nap vagy a Hold fölött).

Halojelenség általában magasszintű felhőkön (Cirrostratus, Cirrocumulus) jelenik meg. Melegfrontok érkezése előtt, felvonuló Cirrostratus rétegen gyakran látható halo.

6.3.2. Koszorú jelenségek

A koszorú (vagy korona) jelenség leggyakrabban középmagas felhőket (Altostratus, vagy Altocumulus) alkotó vízcseppeken történő fényelhajlás révén jön létre (ritkábban jégkristályok, vagy aeroszol részecskék, például vulkáni hamu is okozhat koszorú jelenséget). A vízcseppek által alkotott optikai rácson áthaladó fény bizonyos helyeken erősítve, fénykör formájában jelenik meg. Mivel a felhőt alkotó cseppek általában különböző méretűek, nem egy körív látszik, hanem egy egybemosódó fényudvar (aureola) az égitest körül.

6.3.3 Glória

A glória a koroszorúhoz hasonló jelenség, de az égitesttel ellentétes oldalon figyelhető meg. Akkor látható, ha az észlelő árnyéka egy, a Nappal ellentétes irányban lévő felhőre, vagy ködrétegre vetül (például hegyen, vagy repülőgépen). Az árnyék körül ilyenkor színes gyűrűk jelenhetnek meg. Közülük a legbelső ív kékes, ezt zöld, sárga, majd vörös ívek veszik körül. A gyűrűk egymás után többször megismétlődhetnek.

6.3.4. Felhő irizálás

Elsősorban a zöld és a rózsaszín pasztellszínű árnyalatai közép- és magasszintű felhők szélein a Nap kb. 40 fokos tartományában (10 fokon belül fényelhajlás, azon kívül interferencia idézi elő).

6.3.5. Szivárvány

A Napból érkező fénysugár a légkörben lévő vízcseppeken megtörik, színekre bomlik, majd visszaverődik. A szivárvány mindig a Nappal ellentétes irányban lévő felhő, vagy csapadékelemeken észlelhető (6.4. ábra). A visszaverődő fénysugaraknak bizonyos szögeknél maximális intenzitása van. A cseppeken belüli egyszeres fényvisszaverődés (6.5. ábra) révén létrejövő jelenség a 42 fokos szögben látható elsődleges szivárvány. E fölött gyakran egy másodlagos szivárvány is látszik, nagyjából 50 és 53 fok között, ami a cseppeken belüli kétszeres fényvisszaverődés következménye (6.6. ábra). Mivel ez esetben a fény már nagyobb veszteséget szenved, a másodlagos szivárvány halványabb, mint az elsődleges, a kétszeres fénytörés miatt a színek sorrendje pedig általában fordított. Az elsődleges és másodlagos szivárvány közötti tartomány sötétebbnek látszik, mert ebből a tartományból kevesebb fény verődik vissza a szemünkbe.

Szivárvány

6.4. ábra: Szivárvány kialakulása. A szivárvány mindig a Nappal ellentétes irányban látható, vízcseppeken (felhő, vagy hulló csapadék) történő fénytörés és fényvisszaverődés következtében. Az elsődleges szivárvány a cseppeken belüli egyszeres fényvisszaverődés révén jön létre és a Nap, valamint az észlelő közötti képzeletbeli egyeneshez képest 42 fokos szögben látszik. A másodlagos szivárvány kétszeres fénytörés következménye és nagyjából 53 fokos szögben látszik. Az elsődleges és másodlagos szivárványok közötti tartomány sötétebbnek látszik.

Egyszeres fényvisszaverődés vízcseppen belül

6.5. ábra: Egyszeres fényvisszaverődés vízcseppen belül

Kétszeres fényvisszaverődés vízcseppen belül

6.6. ábra: Kétszeres fényvisszaverődés vízcseppen belül. A színek sorrendje felcserélődik az egyszeres fényvisszaverődésnél tapasztalt spektrumhoz képest.

6.3.6. Bishop gyűrű

Ritka légköri fényjelenség. Vulkáni tevékenység által okozott különösen erős légköri homályosság esetén létrejövő koszorújelenség. A finom porszemcséken történő fényelhajlás következtében a Nap, vagy a Hold körül nagyjából 22 fokos sugárban látszódó gyűrű.

6.3.7. Tükrözések

6.3.7.1. Alsó tükrözés

Alsó tükrözés akkor jön létre, ha a felszín feletti vékony légréteg erős besugárzás hatására melegebb a fölötte levőnél (pl. felforrósodott talaj, aszfaltréteg felett). Ilyenkor erős hőmérsékleti gradiens alakul ki közvetlenül a felszín felett. E változó hőmérsékletű légrétegben a fény folyamatosan megtörik és a levegőréteg gyakorlatilag tükörként viselkedik. Az ég, a felhők képét látszólagos vízfelületnek látjuk (6.7. ábra) a száraz, forró felszínen (ez a jelenség gyakran megfigyelhető az utakon is).

6.3.7.2. Felső tükrözés

Felső tükrözés során az előbbiektől eltérő helyzetben alakulhat ki fordított hőmérsékleti gradiens (inverzió) esetén. Ilyenkor a felszín jóval hidegebb, mint a fölötte elhelyezkedő légréteg. A fénysugár megtörik és a hidegebb, ezáltal sűrűbb légréteg irányába, vagyis lefelé hajlik. A tárgyak képét így a tényleges helyzetüknél magasabban látjuk. Felső tükrözés elsősorban nagy vízfelület, hó- vagy jégmező felett tapasztalható.

Alsó tükrözés

6.7. ábra: Alsó tükrözés. Az erősen felmelegedett felszín felett, a felszínhez közeli vékony levegőrétegben erős függőleges hőmérsékleti gradiens alakul ki. A látható fény folyamatosan megtörik és megfelelő szögben az ég képét látjuk visszatükröződni – ilyenkor látszik például vizesnek a forró, száraz aszfalt.

Felső tükrözés

6.8. ábra: Felső tükrözés. A levegőnél hidegebb felszín felett vékony inverziós rétegződés alakul ki. Ilyenkor a fénytörés hatására a tárgyak képe a tényleges helyzetüknél magasabban jelenik meg.