正文 第10章 奇妙的光學現象(2 / 3)

瀑布附近是一個經常可以看見彩虹的地方。如果在晴朗的天氣下,背對著陽光在空中灑水或噴灑水霧,也可以製造人工彩虹。

彩虹的色彩鮮豔程度和寬窄取決於空氣裏水滴的大小。一般來說,空氣中的水滴大,虹就越鮮豔,較窄;反之,空氣中的水滴越小,彩虹的顏色就輕淡且較寬。通常,早晨的彩虹出現在西方,而黃昏的彩虹出現在東方,因為隻有背著太陽的時候,人們才能看到彩虹。

晚虹是一種罕見的現象,它隻有在月光強烈的晚上才有可能出現,但是,由於人的視覺在晚間低光線的情況下難以分辯顏色,因此,晚虹看起來好像是全白色。

冬天的時候,一般不會出現彩虹,這是因為冬天的空氣中,不容易存在小水滴,下陣雨的機會也很少。

(2)為什麼彩虹總是彎曲的?

事實上,如果條件具備的話,可以看到整圈圓形的彩虹。那麼,為什麼我們看到的彩虹又總是彎曲的呢?

原因一:光的波長決定光的彎曲程度。

彩虹是由於太陽光照射到空氣中的水滴上,經過折射→反射→折射的過程,然後再射向人的眼睛而形成的。通常,不同顏色的太陽光束,經過折射→反射→折射過程,形成的彩虹光束與原來光束的偏折角約為138度,也就是說,若太陽光與地麵持平,則我們觀看彩虹的仰角約為42度。

通常,一道光束碰到了水滴時,除了光可能直接穿透水滴外,光還可能碰到水滴的前緣,在其進入時,水滴內部產生彎曲,接著,從水滴後端反射回來,再從水滴的前端離開,往我們這裏折射出來。這就是所形成的彩虹的光。

一般來講,彩虹的彎曲程度,取決於光的波長即顏色。在七色光譜中,紫色光彎曲度最少,紅色光的彎曲度最大,橙色光與黃色光次於紅色光的彎曲度。彩虹的每一種顏色在天空中出現的位置是不同的,因為每種顏色的彎曲角度是特定的,紅色光的折射角度是42度,藍色光的折射角度是40度。

原因二:與地球的形狀有很大的關係。

彩虹為什麼是弧形的呢?這與其形成的過程有著不可分割的關係,同時,也與地球的形狀有很大的關係。地球被厚厚的一層大氣所覆蓋,因此,在雨後空氣中,水分的含量比平時高,陽光射入到空氣的水滴上產生折射現象。同時,由於地球是一個曲麵,地球表麵的大氣層為弧形曲麵,於是就有了人們所看到的弧形彩虹。

3.光色精靈—極光

自然的規律在哪裏?在半夜時升起了晨曦,這不是太陽設置的寶座,也不是冰封的海洋,而是閃動的火焰。啊!冰冷的火籠罩著我們。啊!雖說是夜裏,白天卻來到了人間。是什麼令明亮的射線在黑夜中抖動,又是什麼在天空中觸發了頎長的火?如同沒有雷暴雲的閃電,從地麵向高空攀登。它究竟怎樣成為凝結的蒸氣,仲冬時節變成了噴湧的火?

(1)多變的極光

上麵這首詩是俄國著名的唯物主義哲學家和自然科學家羅蒙諾索夫寫來讚歎極光之美的,從中可以看出作者對極光無比喜愛的感情。那麼,極光到底是什麼,竟然讓作者如此地為之心動?

在地球南北兩極的高空上,夜間常常會出現美麗的光輝。它忽暗忽明,輕輕地在空中飄蕩,同時,並發出紅色、綠色、藍色、紫色的光芒。人們常把這種壯麗動人的景象稱之為“極光”。

極光形狀不一,有很多種,且綺麗無比,五彩繽紛,是一種在嚴寒的北極天空中變幻莫測、嬉戲無常的炫目之光。時而在蒼穹之中輝映幾個小時,時而出現時間極短,猶如焰火在空中閃現一下便消失得無影無蹤;時而像一條彩帶,時而像一張五顏六色的巨大銀幕,時而又像一團火焰;有的色彩紛紜,有的猶如棉絮,僅呈銀白;有的掩住了星星和月亮的光輝,異常明亮,有的又十分清淡,如一束青絲;有的結構單一,有的上下飛舞,猶如彩綢或緞帶;有的隨風飄動,軟如紗巾;有時極光出現在地平線上,如晨光的曙色;有時一片火紅,如山茶吐豔;當極光密聚在一起時,猶如窗簾幔帳,如果它射出許多光束,又如蝶翼飛舞,孔雀開屏。

(2)極光產生的原因

許多世紀以來,極光一直是人們猜測和探索的天文現象,不過,隨著人類社會的科學進步,極光的奧秘也越來越為人們所知。

其實,美麗的極光原來是太陽與大氣層合作表演出來的作品。“太陽風”是太陽所釋放的諸多形式的能量中的一種,是一束可以覆蓋地球的強大的帶電亞原子顆粒流,是太陽噴射出來的帶電粒子。它在地球上空環繞地球流動,以大約每秒400公裏的速度撞擊著地球的磁場(地球磁場形狀猶如一個漏鬥,其尖端對著地球的南北兩個磁極)。當太陽發出的帶電粒子沿著地磁場這個“漏鬥”進入地球的兩極地區時,則兩極的高層大氣,就會受到太陽風的轟擊並發出光芒,從而便形成了極光。我們把在南極地區形成的叫南極光,北極地區形成的叫北極光。

目前,全世界的科學家正在對極光作深入地研究。通常,我們所看到的極光,主要是因為帶電粒子流中的電子造成的,沉降粒子的能量和數量決定著極光的顏色和強度。可以說,“極光的活動就像磁層活動的實況電視畫麵”,科學家們可從這個天然的大電視中得到磁層以及日地空間電磁活動的大量信息。

極光是一種常常出現於緯度靠近地磁極地區上空的彩色發光現象,可呈不同的帶狀、幕狀、弧狀及放射狀,這些形狀有時作連續性變化,有時穩定。極光常常見於高磁緯地區,在大約離磁極25~30度的這個區域,常常出現極光,是地球的“極光區”。我們把地磁緯度低於45度的區域稱為微極光區。