Optické jevy

Optický jev je viditelným lomem nebo odrazem světla na určitých částicích v atmosféře o daném rozptylu světla.

Jde tedy zjednodušeně řečeno o světelné jevy, které vznikají na různých částicích pohybujících se v atmosféře. Nejčastěji jde o vodu v různých podobách. Optické jevy působí často vzhledem pěkné i barevné úkazy. Existuje jich celá řada a lze je rozdělit do různých kategorií. Některé optické jevy se vyskytují relativně běžně a tedy často. Jiné méně často a existují optické jevy velmi vzácné, které jen tak spatřit nelze. Mnoho z nich se vyskytuje na odlehlých místech, kde se člověk buď vůbec, nebo často nevyskytuje.

Podle základního procesu vzniku je možné optické jevy dělit na tři skupiny:

1. Vzniklé vlivem odrazu světla na kapkách vody
2. Vznikající v důsledku lomu světla s vnitřními odrazy na kapkách vody
3. Vzniklé v důsledku lomu světla bez vnitřních odrazů na kapkách vody

Základní pojmy

Optické jevy se odborně nazývají fotometeory, patří do skupiny meteorů jakožto meteorologických jevů.

Odraz světla na vodní kapce = rovnoběžně dopadající paprsky světla na povrch kapky, od které se jejich část odrazí.

Lom světla na vodní kapce = bez vnitřních odrazů se jedná o příchod paprsku na povrch kapky, kdy se jeho část láme. S vnitřními odrazy jde o lom spolu s probíhajícími vnitřními odrazy a to s alespoň jedním uvnitř kapky. Což je nejčastější proces lomu.

Rozptyl světla = na ledových krystalcích vznikají tzv. halové jevy, viz dále.

Klasifikace optických jevů

Optické jevy se nejčastěji dělí na tyto skupiny, podle nichž budou též dále popisovány:

• Duhy
• Koróny
• Glórie
• Irizace
• Halové jevy
• Soumrakové jevy

Jde o členění do jisté míry podle procesů vzniku jevů. Podle těch je důrazně odlišujeme. Jiným jevem jsou duhy, jiným koróny a úplně jinými jsou halové a soumrakové jevy. Žádné mimo jedné kategorie nemají společné procesy vzniku. V dalších pod kapitolách bude stručně pojednáno o každém druhu optických jevů, nejpodobněji budou popsány základní, nejčastěji se vyskytující. S mnohými se totiž můžeme na obloze a v atmosféře obecně setkat prakticky každý den. Jde zejména o některé halové jevy, o duhy, soumrakové jevy nebo o podoby irizace. Dále existují ostatní optické úkazy, které souvisí i s jinými procesy v atmosféře. Například jde o atmosférickou elektřinou, o níž je zmínka na stránce Bouřky. Zde jsou tyto zmíněny okrajově.

Dle uvedeného přehledu můžeme konstatovat, že nejčastěji se vyskytujícími optickými jevy v atmosféře u nás jsou jednoznačně duhy, dále halové a soumrakové jevy. Alespoň tedy některé druhy z těchto kategorií. I duhy ovšem potřebují ke svému vzniku určité podmínky.

Duhy

Duha vzniká průchodem slunečních paprsků vzduchem obsahujícím vodní kapky o dostatečné velikosti. Vznik se odehrává lomem světla s jeho vnitřním odrazy.

Existuje více druhů duh a to podle počtu jejich výskytu. Objevit se může jedna duha, poměrně často se objevují ale dvě. Mohou být ale ojediněle i tři. Podle toho se klasifikují.

Druhy duh

• Primární duha (též hlavní)
• Sekundární duha (též vedlejší)
• Terciární duha
• Podružná duha

Obr. 1 Hlavní duha v relativně malé vzdálenosti od pozorování při jasní přeháňce, vedlejší bývá mnohdy velmi slabá

Hlavní duha je první duhou, která vznikne přímým odrazem slunečních paprsků na vodních kapkách. Tedy primární duhou. Je proto nejvýraznější, barvy jsou syté podle aktuálních podmínek pro odraz. Hlavní duha je odborně označena jako primární. Sekundární duha a tedy vedlejší duha vznikne dvojnásobným odrazem slunečních paprsků a tato je tedy méně výrazná (barvy jsou slabší) a s opačným sledem barev. Tato se vyskytuje vedle hlavní duhy a to asi o 8° nad ní. Není vzácným jevem, vyskytuje se společně s hlavní poměrně často. Vedlejší může být často ale velmi slabá a není lehké ji na obloze spatřit. Její barevné pásy jsou také širší.

Terciární duha je méně častá, lze říci, že je vzácná. Sluneční paprsky se v takovém případě od vodních kapiček odrážejí třikrát. Vyskytuje se asi 43° od kotouče Slunce naproti. Může vzniknout i další duha, tedy čtyřnásobná či více násobná? Ano, ale tyto duhy jsou tak slabé, že jsou prakticky neviditelné. Také jde o extrémně vzácné úkazy.

Podružné duhové oblouky jsou častějšími úkazy. Objevují se uvnitř hlavní duhy či na vnější části vedlejší duhy. Jde o opakující se a velmi málo zřetelné barvy.

Obr. 2 Detail duhy, která je velmi blízko místu pozorování

Podmínky pro vznik duhy

Ideální podmínky pro vznik duhy jsou v teplé části roku. V okrajových obdobích ráno či dopoledne, ale někdy i během dne. Jinak během léta spíše ráno a poté pozdě odpoledne a večer. V těchto časech je po většinu roku ideální sklon slunečních paprsků. Důležitý je také výskyt lokální dešťové přeháňky. Oboje je nejčastěji splněno během odpoledne a večer. Často se s duhami při tomto proměnlivém počasí setkáme od 17. do 20. hodiny pozdně jarních a letních dnů. V brzkém jaru jde o dřívější výskyt, většinou mezi 15. až 18. hodinou.

Koróny, glorioly a irizace

Koróna je optický jev, který má podobu barevných kroužků kolem zdroje záření (Slunce či Měsíce nebo jasných hvězd). Koróny vznikají obdobně jako duhy, tj. v důsledku průchodu paprsků vodními částicemi ne velkých rozměrů.

V případě, že kapičky nemají zhruba shodné velikosti, tak se koróna nejeví tak výrazná. Lidově se nazývá „studánka“.

Aureola je barevná koróna. Jde o první barvy koróny se zřetelným vnějším kruhem červené až hnědé barvy. Čím jsou kapky větší, tím je aureola menší.

Gloriola či též glórie se podobá koróně, jde ovšem o mnoho slabší jev. Má též opačnou strukturu barev. Vzniká zpětným rozptylem světla na mnoha malých vodních kapičkách včetně vrženého stínu předmětů (např. pozorovatele). Pokud je pozorovatel blízko mlhy, kde tato nejčastěji vzniká, pak se stín jeví zvětšený a vzpřímený. Lidově pak je tento jev nazýván jako „Brockenské strašidlo či přízrak“.

Irizace oblaků vzniká ohybem a interferencí paprsků na vodních kapkách. Na oblacích se projevuje duhovým nebo perleťovým zbarvením okrajů oblaků. Vyskytuje se nejčastěji u oblačných druhů Ac, Sc a někdy Cu. Irizaci poznáme podle převažujících odstínů růžové nebo zelené barvy.

Halové jevy

Větší pozornost bude věnována poměrně častým halovým jevům, zejména některým. Tyto odlišujme od duh a zejména též od výše uvedených druhů optických jevů. Tyto totiž vznikají vlivem odrazu a lomu světla na ledových krystalcích v ovzduší. Proto jsou spojeny s výskytem vysoké oblačnosti (Cirrus a Cirrostratus), která obsahuje výhradně krystalky ledu. Jde o základní odlišovací znak od korón a dalších druhů uvedených v kapitole výše. Dále bude uveden přehled poměrně velkého množství možných halových jevů a dále jejich popis.

Mezi halové jevy patří zejména:

• Malé a velké halo
• Parhelia malého hala
• Halový sloup
• Horizontální kruh
• Cirkumzenitální oblouk
• Protislunce

Existují i další halové jevy, které budou zmíněny na konci následujícího popisu jednotlivých druhů. Z jednoho místa je téměř pozorovat nelze. Takže u nás můžeme spatřit jen některé. Veškeré uvedené jevy na obrázku výše je možné vidět třeba z Antarktidy.

Četnost výskytu halových jevů

U nás se nejčastěji vyskytuje malé halo (209), vedlejší slunce malého hala (71) a horní či dolní dotykový oblouk malého hala (59). Případně halový sloup (34) či cirkumzenitální oblouk (31). V závorkách je uveden průměrný počet dnů v roce s jejich výskytem.

Malé a velké halo

Malé halo jako nejčastější halový jev u nás, je bělavou nebo duhově zbarvenou kružnicí podoby oblouku. Je vzdáleno asi 22° od slunečního kotouče. Vnitřní část je načervenalá.

Velké halo vyskytující se u nás naproti tomu spíše málo, je slabým světelným kruhem kolem slunečního nebo měsíčního kotouče a to ve vzdálenosti 46°.

Halo vzniká na ledových krystalcích vysoké oblačnosti, která z nich sestává. Přítomnost této oblačnosti nám ukazuje právě tento halový jev. Zejména v nočních hodinách, kdy nelze oblačnost dobře vidět a vyskytuje se měsíční světlo. V takových případech dochází k častému výskytu hala při přítomnosti oblaků tohoto druhu. Společně s halem se vyskytují další dva základní halové jevy. Tyto patří mezi další nejčastější spatřitelné v našich podmínkách.

Vedlejší slunce, dotykové oblouky a halový sloup

Vedlejší slunce nazývaná odborně parhelia jsou jasná místa vzdálená 22° vpravo a vlevo od slunečního kotouče ve shodné výšce jako je Slunce. Jsou to žluté plochy, které mají většinou duhové zbarvení s načervenalou vnitřní stranou (někdy mohou být tak výrazná, že je obtížné určit polohu skutečného slunečního kotouče).

Dotykové oblouky malého hala nejsou již tak časté, občas jsou pozorovatelné v podobě světlých oblouků nebo pruhů.

Halový sloup je oproti výše uvedenému jevu častější a jde o viditelný zbarvený sloup procházející slunečním kotoučem ve vertikální poloze. A pokud je viditelný společně s ke Slunci přiléhající částí horizontálního kruhu, je patrný jev zvaný halový kříž.

Cirkumzenitální oblouk, protislunce a parhelický kruh

Cirkumzenitální oblouk není příliš častým jevem, který se dotýká velkého hala v jeho nejvyšším bodě. Je světlým, v dolním okraji většinou červeně zbarveným pruhem.

Protislunce nazývané odborně antihélium (opak parhélium) je bílým horizontálním kruhem o shodné úhlové výšce nad obzorem jako Slunce. V určitých částech tohoto kruhu jsou duhové či světlé skvrny. Světelná ohniska lze ztotožnit dále s parheliem, parantheliem (boční slunce). Vyskytuje se poblíž průsečíku s optickým jevem malé halo. Lowitzovy oblouky jako další vzácný optický jev tyto jevy někdy propojuje.

Lowitzovy oblouky se vyskytují od parhelia, nahoru a i dolů směrem k malému halu. Většinou jde o vznik ve směru dolů. Jev není častý, ale není ani zcela vzácný.

Další optické jevy lze považovat spíše za vzácné. Vedle uvedených v přehledu této kapitoly jich existuje ještě celá řada. Pro úplnost vyjmenujme některé další: spodní slunce, supralaterální oblouk, infralaterální oblouk, Parryho oblouk, Subhelický oblouk a dalších mnoho druhů oblouků.

Soumrakové jevy

Poslední skupinou hlavních optických jevů, které je nutné od ostatních odlišovat. Soumrakovými jevy rozumíme osvícení oblohy rozptýleným slunečním zářením. K tomuto jevu dochází před východem Slunce nebo po jeho západu. Předpokladem je alespoň částečné protrhání oblačnosti nebo výskyt oblačnosti dovolující průchod slunečních paprsků.

Hlavní soumrakové jevy

Mezi hlavní soumrakové jevy patří:

• Červánky
• Krepuskulární paprsky
• Zelený paprsek
• Fialová záře
• Soumrakový oblouk

Červánky pozorujeme v případě výskytu větších koncentrací aerosolových částic v atmosféře (např. prach, sopečný prach nebo vodní kapičky). Rudě červeně je zbarvená spodní část slunečního kotouče, svrchní je většinou žlutá a ojediněle může být i nazelenalá (soumrakové barvy). Podle výskytu červánků můžeme usuzovat vlivem zvýšené vlhkosti vzduchu také změnu počasí k horšímu v dohledné době.

Krepuspulární paprsky nebo také soumrakové paprsky jsou odrazy (stíny) oblaků na pevných nebo kapalných částicích v atmosféře. Mají podobu temných pruhů ve směru slunečních paprsků.

Podobným jevem je soumrakový oblouk, který je zas stínem Země naproti od slunečního kotouče. Jeho tvar kruhové úseče má tmavomodrou barvu i s lehkým fialovým zabarvením.

Fialová záře je podobě výseče velkého světelného kruhu, vzhůru od obzoru, za kterým je sluneční kotouč. Tento jev je možno pozorovat na jasné obloze. Má kratší trvání (cca 20-30 minut). Intenzita jevu a velikost jsou větší při poloze Slunce 3-4° pod obzorem a jev zaniká při poloze Slunce 6° pod obzorem.

Zelený paprsek je též krátkodobý jev, často pouze v podobě záblesku zelené barvy s počátkem na vrcholu Slunce nebo Měsíce při východu či západu. Obloha u obzoru musí být pro pozorování čistá. Jde o lom a rozptyl světla v oblasti obzoru.

Vedlejší soumrakové a další jevy

Mezi další soumrakové a další jevy patří například:

• Tyndallův jev
• Polární záře
• Meteory – bolidy a Perseidy

Tyndallův jev vzniká vlivem difúzního rozptylu světla, které prochází opticky heterogenní soustavou. Dráha paprsku pozorovaná kolmo k jeho směru je viditelná. Z bílého světla dochází nejčetněji k rozptylu záření o kratších vlnových délkách. Takové světlo se jeví modrobílé.

Polární záře je jev související a magnetismem. Objevují se tedy kolem magnetických pólů Země (nejčastěji ve vzdálenosti 20-25° od pólů Země). Rozděluje se na paprsčitou a nepaprsčitou září, kdy paprsčitá má zpravidla podobu pohybujících se světel. V našich šířkách je pozorovatelná zcela výjimečně (např. v roce 2003). Vznikají spolupůsobením elektrických částí a molekul silně zředěného vzduchu (tj. výšky 80 až 1 000km).

Mezi tzv. meteory patří bolidy a Perseidy. Perseidy jsou pravidelným meteorickým rojem. Lidově se označují jako „padání hvězd“. Pozorujeme je nejčastěji (maximum roje) od 10. do 14. srpna. Bolidy jsou ty roje těles, jejichž jas je při průletu naší atmosférou srovnatelný s jasem planety Venuše.

Pravděpodobnost výskytu optických jevů

Nejvyšší pravděpodobnost, že budeme na obloze pozorovat některý z uvedených optických jevů je obecně:

• Při výskytu vysoké oblačnosti odpoledne a večer = vznik halových jevů
• Při výskytu kupovité oblačnosti s produkcí četných přeháněk, oblačnost je značně proměnlivá a střídá se přeháňka se slunečním svitem. Z hlediska denní doby je ráno nebo podvečer či večer = vznik duh
• Při výskytu souvislé vrstvy středních oblaků Altocumulus nebo nízkých Stratocumulus a to ve dne i v noci = vznik irizace oblaků. Ráno v podvečer či večer = vznik některých soumrakových jevů
• Po výskytu srážek během dne s vysokou vlhkostí vzduchu či případně je sucho silný vítr víří prach = vznik soumrakového jevu červánky

Optické jevy: Závěr

Optických jevů existuje celá řada. Ty základní nejčastější i méně časté z pohledu výskytu u nás i ve Světě popisuje tato stránka. Plus uvádí pravděpodobnost jejich výskytu a ve strhnutí také nejčastější podmínky pro výskytu základních optických jevů. Nejčastěji u nás můžeme pozorovat duhy a to primární a sekundární vyskytující se často společně. A to při značně proměnlivém počasí, většinou tedy během jara. Při letních přeháňkách nebo bouřkách se vyskytují nejčastěji později večer, dle sklonu slunečního svitu. Případně brzy ráno, ale to se přeháňková činnost vyskytuje jen zřídka. Z halových jevů nejčastěji pozorujeme malé halo a to často při výskytu vysoké oblačnosti značící příchod frontální vlny. Případní další halové jevy. Soumrakové jevy různého druhu jsou časté při zvýšené vlhkosti nebo prašnosti, zejména v létě nabízejí na obloze pestrá barevná představení. Ta nám zpříjemní například večerní, ale i ranní pohled na oblohu.

Optické jevy vznikají buď ve volné atmosféře (ve vzduchu), například v důsledku padajících srážek nebo při zbarvení oblohy jako takové. Nebo na oblacích různého druhu, kde dochází k procesům uvedeným v prvních kapitolách pro vznik základních optických jevů. A to v souvislosti kombinace světla a vody. Jde tedy nejčastěji o odrazy a lomy či rozptyly světelných paprsků na kapičkách vody nebo ledových krystalcích. I podle toho optické jevy třídíme. Například halové jevy nemohou vzniknout na oblacích, které obsahují vodní kapičky. Proto vznikají na ledových oblacích nejvyššího patra. A naopak irizace nemůže vznikat na vysokých oblacích.