彩虹的形成,雪的形成原理

2019-11-01 23:55栏目:数理科学
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原理

极光多种多样,五彩缤纷,形状不一,绮丽无比,在自然界中还没有哪种现象能与之媲美。任何彩笔都很难绘出那在严寒的两极空气中嬉戏无常、变幻莫测的炫目之光。 极光有时出现时间极短,犹如节日的焰火在空中闪现一下就消失得无影无踪;有时却可以在苍穹之中辉映几个小时;有时像一条彩带,有时像一团火焰,有时像一张五光十色的巨大银幕,仿佛上映一场球幕电影,给人视觉上以美的享受。

当阳光经过水滴时,它会被折射、反射后再折射出来。在水滴内经过一次反射的光缐,便形成我们常见的彩虹。若光线在水滴内进行了两次反射,便会产生第二道彩虹。霓的颜色排列次序跟主虹是相反的。由于每次反射均会损失一些光能量,因此霓的光亮度亦较弱。

由气态的水汽变成固态的水有两个过程,一个是水蒸气先液化变成水,然后水再凝固成冰晶;还有一种是水汽不经过水,直接变成冰晶,这种过程叫做水的凝华。所以说雪是天空中的水汽经凝华而来的固态降水。

北极光发出的这种含混不清的爆裂声的来源,终于首次在科学上得到了合理的解释。

彩虹为什么总是弯曲的?

由于天空中气象条件和生长环境的差异,造成了形形色色的大气固态降水。这些大气固态降水的叫法因地而异,因人而异,名目繁多,极不统一。为了方便起见,国际水文协会所属的国际雪冰委员会,在征求各国专家意见的基础上,于1949年召开了一个专门性的国际会议,会上通过了关于大气固态降水简明分类的提案。这个简明分类,把大气固态降水分为十种:雪片、星形雪花、柱状雪晶、针状雪晶、多枝状雪晶、轴状雪晶、不规则雪晶、霰、冰粒和雹。前面的七种统称为雪。

“彩”是“多种颜色”的意思。“虹”字中的“工”表示“人工”,引申指“规整”;“虫”指“龙”;“虫”与“工”结合起来表示“龙吸水”。彩虹在民间俗称“杠吃水”“龙吸水”,以前的人们认为彩虹会吸干当处的水,所以人们在彩虹来临的时候敲击锅、碗等来“吓走”彩虹。

雪是由大量白色不透明的冰晶和其聚合物组成的降水。

极光的产生原理和极光的分布区域极光是来自太阳活动区的带电高能粒子流使高层大气分子或原子激发或电离而产生的。由于地磁场的作用,这些高能粒子转向极区,所以极光常见于高磁纬地区。

光穿越水滴时弯曲的程度,端视光的波长而定——红色光的弯曲度最大,橙色光与黄色光次之,依此类推,弯曲最少的是紫色光。

有人做过试验,如果没有凝结核,空气里的水汽,过饱和到相对湿度500%以上的程度,才有可能凝聚成水滴。但这样大的过饱和现象在自然大气里是不会存在的。所以没有凝结核的话,我们地球上就很难能见到雨雪。凝结核是一些悬浮在空中的很微小的固体微粒。最理想的凝结核是那些吸收水分最强的物质微粒。比如说海盐、硫酸、氮和其它一些化学物质的微粒。所以我们有时才会见到天空中有云,却不见降雪,在这种情况下人们往往采用人工降雪。

北极光是指常出现在地球高纬度地区高层大气中的发光现象,是太阳风与地球磁场相互作用的结果。北极光非常绚烂美丽,而伴随北极光发生的,是一种很神秘的声音。

彩虹,又称天虹,简称虹,是气象中的一种光学现象。当太阳光照射到空气中的水滴,光线被折射及反射,在天空上形成拱形的七彩光谱,雨后常见。形状弯曲,色彩艳丽。东亚、中国对于七色光的最普遍说法是:红、橙、黄、绿、靛、蓝、紫。

水汽饱和

在大约离磁极25°~30°的范围内常出现极光,这个区域称为极光区。在地磁纬度45°~60°之间的区域称为弱极光区,地磁纬度低于45°的区域称为微极光区。 极光下边界的高度,离地面不到100公里,极大发光处的高度离地面约110公里左右,正常的最高边界为离地面300公里左右,在极端情况下可达1000公里以上。根据关于极光分布情况的研究,极光区的形状不是以地磁极为中心的圆环状,而是卵形。极光的光谱线范围约为3100~6700埃,其中最重要的谱线是5577埃的氧原子绿线,称为极光绿线。 早在2000多年前,中国就开始观测极光,有着丰富的极光记录。

也就是说,若太阳光与地面水平,则观看彩虹的仰角约为 42度。 以下动画显示 以相同视角射向眼睛的所有光束,必然在一个圆锥面上 。

雪花是六角形的,这一点是在中国最早见诸文字的。西汉时《韩诗外传》曰:“凡草木之花多五出,雪花独六出。”雪花虽然都是六角形,但细分起来有20000多种具有微小差别的图案。雪花多呈六角形,花样之所以繁多,是因为冰的分子以六角形为最多,对于六角形片状冰晶来说,由于它的形状的面上、边上和角上 的曲率不同,相应地具有不同的饱和水汽压,其中角上的饱和水汽压最大,边上次之,平面上最小。在实有水汽压相同的情况下,由于冰晶各部分饱和水汽压不同,其凝华增长的情况也不相同。例如当实有水汽压仅大于平面的饱和水汽压时,水汽只在面上凝华,形成的是柱状雪花。当实有水汽压大于边上的饱和水汽压时,边上和面上都会发生凝华。由于凝华的速度还与曲率有关,曲率大的地方凝华较快,故在冰晶边上凝华比面上快,多形成片状雪花。当实有水汽压大于角上的饱和水汽压时,虽然面上、边上、角上都有水汽凝华,但尖角处位置突出。水汽供应最充分,凝华增长得最快,故多形成枝状或星状雪花。再加上冰晶不停地运动,它所处的温度和湿度条件也不断变化,这样就使得冰晶各部分增长的速度不一致,形成多种多样的雪花。

一直以来,有关这种神秘的北极光声音流传着许多的传说,也让在荒野的人们感到恐惧和敬畏。

想象你看着东边的彩虹,太阳在从背后的西边落下。白色的阳光(彩虹中所有颜色的组合)穿越了大气,向东通过了你的头顶,碰到了从暴风雨落下的水滴。当一道光束碰到了水滴,会有两种可能:一是光可能直接穿透过去,或者更有趣的是,它可能碰到水滴的前缘,在进入时水滴内部产生弯曲,接着从水滴后端反射回来,再从水滴前端离开,往我们这里折射出来。这就是形成彩虹的光。

空气里有凝结核

特征

彩虹是气象中的一种光学现象。当阳光照射到半空中的雨点,光线被折射及反射,在天空上形成拱形的七彩的光谱。

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