Optische verschijnselen. Optische verschijnselen Sterrenwacht Copernicus

Transcriptie

1 Optische verschijnselen Sterrenwacht Copernicus Arnold Kip Optische verschijnselen Optische verschijnselen zijn alle verschijnselen in de atmosfeer (en ook op de grond) die te maken hebben met licht en kleur. Er zijn zeer veel optische verschijnselen zoals: - regenbogen - prachtige kleuren bij zonsondergang - vervorming van de zon en de groene flits - luchtspiegelingen - zonnestralen - haloverschijnselen - poollicht - wolkenvormen en -kleuren - irisatie: zeepbellen, kevers etc. 1

2 Zichtbaar licht: λ van ca. 0,4 µm 0,7 µm (blauw - rood) Kleuren: violet nm blauw nm groen nm geel nm oranje nm rood nm Lichtgevoeligheidscurve van het menselijk oog: rood = fotopisch zicht (overdag), max: λ = 555 nm blauw = scotopisch zicht ( s nachts), max: λ = 505 nm (kleuren niet waar te nemen) Optische verschijnselen kunnen ontstaan door: Spiegeling (reflectie) Breking (refractie) Afhankelijk van golflengte Interferentie Verstrooiing 2

3 Verstrooiing Verstrooiing is het verschijnsel dat de richting van straling wordt veranderd onder invloed van een botsing met de moleculen van het medium waar de straling door valt. De wijze van verstrooiing af van de verhouding tussen de molecuul-grootte r en de golflengte λ van de straling. Definitie verhoudingsgetal: α = r/λ - Indien α > 10: Reflectie - Indien 0,1 < α < 10: Mie-verstrooiing - Indien 0,001 < α < 0,1: Rayleigh-verstrooiing - Indien α < 0,001: Vrijwel geen verstrooiing Analoog aan paaltje in watergolven. Rayleigh-verstrooiing (Lord John Rayleigh ) Rayleighverstrooiing is de verstrooiing van licht door deeltjes die kleiner zijn dan de golflengte van het licht: d < 1/10 van de golflengte zoals moleculen. Rayleigh-verstrooiing in de atmosfeer is de reden waarom de onbewolkte lucht blauw is. Wet van Rayleigh: I ~ 1/λ 4 De sterke golflengte-afhankelijkheid 1/λ 4 zorgt ervoor dat blauw licht veel meer wordt verstrooid dan rood licht. Blauw licht heeft een golflengte die ongeveer twee keer zo kort is als rood licht; blauw licht wordt daardoor 2 4 = 16 keer zo goed verstrooid (praktisch keer). De atmosfeer verstrooit het licht naar alle kanten en geeft de blauwe kleur behalve waar men de zon direct ziet. 3

4 Waarom is de hemel blauw? Lucht is bovenaan diepblauw maar is dichter bij de horizon fletser Verklaring blauwe lucht De langere golflengtes (rood, oranje en geel) gaan voornamelijk rechtdoor; de kortere golflengtes (blauw) worden verstrooid Dichter bij de horizon gaat het licht door meer lucht; blauw licht wordt nog meer verstrooid en minder licht bereikt het oog. Daardoor is de lucht daar fletser of zelfs wit. 4

5 Overdag blauwe hemel, s avond rode lucht Naarmate de zon lager gaat staan, moet het licht door meer lucht gaan en worden er meer golflengtes verstrooid. De zon wordt eerst oranje en tenslotte rood. Op de maan geen atmosfeer, dus geen verstrooiing. Ergo: pikzwarte hemel. Rode wolken bij laagstaande zon 5

6 Foto A. Kip Mie-verstrooiing (Gustav Mie ) Voor zeer kleine deeltjes is de Rayleigh-verstrooiing dominant: sterk λ-afhankelijk Voor deeltjes groter dan λ overheerst de Mie-verstrooiing: λ-onafhankelijk Als de deeltjes groter zijn dan de golflengte van het licht, dan is de mate van verstrooiing niet meer afhankelijk van de golflengte en kan het licht dus niet in verschillende kleuren scheiden. Mie-verstrooiing is niet sterk λ-afhankelijk en veroorzaakt de vrijwel witte gloed rond de zon wanneer er zich veel deeltjes in de lucht bevinden. Daardoor ontstaat ook het witte licht bij mist en nevel. Ook een wolk is wit omdat de wolkenelementen groter zijn dan de golflengte van het licht. Idem bij melk: de in water opgeloste macromoleculen zijn groter dan de golflengte. 6

7 Verstrooiing van licht door stofdeeltjes Chicago Union Station 1944 Ovale zon Wit licht bestaat uit alle kleuren. Breking door de atmosfeer maakt de zon ovaal. De onderkant is zwakker en geler dan de bovenkant; dat licht gaat door een dikkere en stoffiger atmosfeer waardoor het blauw wordt uitgefilterd. Het beeld van de ondergaande zon staat schijnbaar hoger in de lucht dan de werkelijke zon t.g.v. de breking van de stralen. Luchtspiegeling 7

8 Zon + Zon 8

9 Zon in brand De echte zon is al onder de horizon De zon is afgevlakt en vertoont ook een spiegelbeeld dat wordt veroorzaakt door een temperatuur-inversielaag. 9

10 Groene flits Groenkleuring van het laatste stukje ondergaande zon. Het verschijnsel is kortstondig: het duurt niet langer dan circa één seconde. Als de zon ondergaat, kleurt hij... groen! Dit verschijnsel is regelmatig aan onze kust te zien. Wel moeten de omstandigheden meewerken. Vereist is een heldere lucht: hoe feller de zon schijnt als hij de horizon bereikt, des te beter is het. Dus als de wind noord of noordwest is en heldere polaire lucht aanvoert, zijn de kansen het grootst. Omgekeerd, als de zon zeer rood ondergaat zoals bij troebele atmosfeer of zoals zo vaak gebeurt in de subtropen, kan je het wel vergeten: de zogeheten groene straal zal zich niet laten zien. Groene flits 10

11 Blauwe flits De oorsprong van een groene flits ligt in de breking van het zonlicht in de atmosfeer, gelijk aan in een prisma. Licht beweegt zich in de dikkere lage luchtlaag van de atmosfeer minder snel voort dan in de dunnere laag erboven. Hierdoor volgt zonlicht een ietwat gekromde baan door de atmosfeer, in dezelfde hoek als de kromming van de aarde. Lichtstralen met een hogere frequentie, zoals blauw en groen, worden echter verder gebogen dan lichtstralen met een lagere frequentie zoals rood en oranje. Hierdoor blijven de groene en blauwe kleuren van de zon nog even zichtbaar wanneer oranje en rode reeds achter de horizon zijn verdwenen door de kromming van de aarde. Groene flitsen kunnen worden versterkt door luchtspiegelingen als gevolg van bijvoorbeeld een warm of juist erg koud aardoppervlak of de aanwezigheid van een sterke inversielaag. Deze luchtspiegelingen versterken de lichtbreking. Een groene flits is het beste waar te nemen bij een heldere lucht, zodat het zonlicht minder wordt verstrooid. 11

12 Lichtpilaar Light Pillars over Finland (APOD ) 12

13 Verklaring lichtpilaren Spiegeling op lage zeshoekige ijskristallen Pilaren vanuit het zenith Spiegeling op hoge kristallen 13

14 Zonsondergang op Mars Marsrover APOD Maan: Asgrauw- of Aardschijnsel Door meting van het asgrauwe schijnsel is de bewolking op Aarde te meten!! 14

15 Rode maan bij stoffige atmosfeer Blauwe maan (Geen Blue Moon!) 15

16 Sinterklaaspapier (Prof. Peter Barthel) Luchtspiegeling Benedenwaarts Bovenwaarts Vrij zeldzaam Vrn. In de winter Reële object soms onder de horizon Fata morgana 16

17 Luchtspiegeling bovenwaarts Noordzee Regenboog Een regenboog bestaat uit: - de primaire boog: kleuren van buiten naar binnen: (ROGGBIV) (eigenlijk een continu spectrum) - de donkere band van Alexander (van Aphrodisias, ca. 200 AD) - de secundaire boog: kleuren reverse en zwakker 17

18 Regenboog in de herfst Regenbogen Sproei-installatie Fontein in Zwolle 18

19 Breking van licht in een prisma Wanneer licht invalt op een grensvlak tussen lucht en water of glas wordt een gedeelte van het licht teruggekaatst, een ander gedeelte gebroken. Dat is afhankelijk van λ: violet licht wordt sterker gebroken dan rood licht. In een prisma wordt een lichtstraal gebroken bij intrede van de straal. De breking is afhankelijk van de golflengte. Hierdoor ontstaat een spectrum. Breking van licht in een druppel Stralengang door een regendruppel bij de vorming van de hoofdregenboog. Stralengang door een regendruppel bij de vorming van de bijregenboog. Kleurvolgorde bijboog is omgekeerd aan hoofdboog 19

20 Hogere orde regenbogen De stralengang van licht dat op een waterdruppel invalt. a. terugkaatsing tegen de buitenwand. b. breking bij in- en uittreden en een inwendige terugkaatsing. (1. orde) c. idem met twee inwendige terugkaatsingen. (2. orde) d. idem met drie inwendige terugkaatsingen. (3. orde) In theorie is het mogelijk dat er behalve een primaire en een secundaire ook nog een tertiaire etc. regenboog ontstaat. De tertiaire boog zou als een kring om de zon met een straal van 42 moeten verschijnen. Deze is echter zelden waargenomen: te zwak Een straal kan ook rechtdoor gaan zonder breking: zero order Primaire en secundaire boog Stralengang van de hoofdregenboog Stralengang van de hoofdregenboog en de bijregenboog 20

21 Verklaring Rechtsboven: oorsprong in waterdruppel van eerste (primaire) regenboog. Linksboven: oorsprong van tweede (secundaire) regenboog. 1. Ronde druppels 2. Plaats interne reflectie 3. Eerste regenboog 4. Plaats breking van het licht 5. Tweede regenboog 6. Invallende straal wit licht 7. Lichtweg eerste regenboog 8. Lichtweg tweede regenboog 9. Waarnemer 10. Vormingsgebied eerste boog 11. Vormingsgebied tweede boog 12. Nevel of wolk 21

22 Zichtbaarheid regenboog Vanaf de grond Hoe lager de zon, hoe meer boog te zien Vanuit een vliegtuig Een regenboog is een kegel Regenboog met overtallige bogen 22

23 Overtallige bogen Overtallige bogen worden gecreëerd door kleine waterdruppeltjes die ongeveer gelijke afmetingen hebben. Het is een interferentieverschijnsel. Diagonale inzet: simulatie voor druppeltjes van 0,7 mm met een spreiding van 8 % Zeldzame overtallige bogen 23

24 Simulatie Interferentiebogen Boog van waterdruppeltjes, D = 0,75 mm, die door een verre puntvormige lichtbron worden beschenen. Zulke overtallige bogen worden in de natuur zelden waargenomen omdat ze worden uitgesmeerd doordat de zon geen punt is maar een schijf en doordat echte regendruppels in grootte en in vorm verschillen. Rode regenboog Bij zonsondergang en opkomst gaan de lichtstralendoor een lagere, dikkere atmosfeer waardoor de korte golflengtes worden uitgefilterd t.g.v. verstrooiing door stof en luchtmoleculen. 24

25 Rode regenboog Reflectie-regenboog Vier regenbogen: - twee directe bogen - twee reflectiebogen (altijd hoger) Reflectie door een spiegelglad meer achter de waarnemer 25

26 Verklaring reflectie regenboog Directe boog en reflectieboog Reflectieboog en directe boog bij afnemende zonshoogte 26

27 Gebroken regenboog Gebroken regenboog boven de Pacifische Oceaan ontstaan door regen en door zout water van de zee. Zout water heeft een andere brekingsindex dan zoet water. De band lijkt ook iets breder. Gebroken regenboog Bovenste boog door grote druppels in een bui achter de berg Onderste druppels door fijne nevel voor de berg 27

28 Gespleten regenboog Eigenlijk twee bogen door: - ronde druppels - afgeplatte druppels Alleen bij zware buien Computersimulatie voor ronde en afgeplatte regendruppels bij een zonshoogte van 24 Regenboogreflectie die naar binnen krult De weerspiegeling komt door een gerimpeld wateroppervlak. Bij weerkaatsing op golfjes die ver weg zijn, is alleen de voorkant van de golfjes te zien. Dicht bij de horizon komt het spiegelend vlak van het lichtgolvende water scheef te staan. Zie: G.P. Können en C. Floor: Zenit april

29 Regenboog door maanlicht (+ Venus) NB. Zon onder de horizon in blikrichting Mistboog met interferentiebogen en glorie Een mistboog is wit en ca. 2x zo breed als een normale regenboog met vaak aan de binnenkant interferentiebogen (overtallige bogen) wat verder naar binnen dan normaal. 29

30 Mistboog van 360 graden 30

31 Mistboog Een voltreffelijk complete mistboog, zichtbaar gemaakt in dichte mist met behulp van autolichten. Er is ook een Brocken figuur met de glorie in het midden, hoewel de kleuren daarvan niet goed te onderscheiden zijn. Merk op dat de mistboog kleuring vertoont, wat duidt op grote mistdruppels. Kleuren afhankelijk van druppelgrootte Druppel (mm) Kleureffect 1-2 Fel violetrose en levendig groen, bijna geen blauw. Vele overtallige bogen aansluitend aan de eerste boog ~0,5 Zwakker rood, minder overtallige bogen met afwisselend violetrose en groen 0,20-0,30 Geen rood meer, brede boog met gelige overtallige bogen 0,08-0,10 De hoofdboog is nog breder en bleker. Alleen het violet is mooi 0,06 De hoofdboog vertoont een duidelijke witte streep < 0,05 Mistboog: een brede wollige witte band 31

32 Kleuren en breedte van de primaire boog afhankelijk van de druppeldiameter De kleur is een indicatie voor de druppelgrootte. Ook neemt de breedte van de band toe met afnemende diameter. Een krachtig rood komt alleen voor bij grote druppels. Bij kleine druppels is de band breed en voornamelijk wit: (mistboog). Mist bestaat uit zeer kleine druppeltjes: de spectraal kleuren overlappen elkaar en vormen dan samen wit licht. Bij druppeltjes < 5 micron is de boog zwak en diffuus: onzichtbaar. Bij een mistboog ook interferentiebogen niet direct aan de hoofdboog maar wat verder daarvan af. Vormen van neerslag Regen: druppeldiameter > 0,5 mm Motregen: druppeldiameter < 0,5 mm IJsregen: onderkoelde druppels ijzel Sneeuw: ijskristallen Hagel: (kleine) gelaagde ijsklompen Mist: kleine zwevende druppeltjes (aerosolen) Vulkanische as Woestijnzand Rook 32

33 Vallende waterdruppels geïdealiseerd Vallende waterdruppels reëel 33

34 Glorie vanuit een vliegtuig 34

35 Glorie vanuit een ballon op een Cu Foto A. Kip Brocken-spook 35

36 Glorie en Brocken-spook Glorie op een mistbank Foto Claudia Hinz 36

37 Glorie op een wolk Foto Claudia Hinz Heiligenschein, Aureool of Dauwboog 37

38 Heiligenschein Heiligenschein: een heldere plek rond de schaduw van iemands hoofd of een camera. Het goed te zien bij bedauwd gras en ontstaat doordat kleine waterdruppeltjes, die aan haartjes los van het oppervlak hangen, werken als lensjes en een ruw brandpunt op het oppervlak vormen. Halo rond de zon Een halo is een diffuus lichtschijnsel rond een scherper gedefinieerde bron, meestal de zon of de maan. Het is een optisch verschijnsel in de atmosfeer dat kan optreden wanneer er zich bepaalde atmosferische condities voordoen (met name een ijle nevel van ijskristallen) Heel kenmerkend voor cirrostratus-bewolking = gesloten hoge bewolking bestaande uit ijsdeeltjes Er bestaat een grote verscheidenheid aan halo's doordat ijskristallen op veel verschillende manieren kunnen breken. Deze kunnen met elkaar gecombineerd zijn. De meest voorkomende halo's zijn de kleine kring, een kring op 22 graden rond de zon of de maan, soms met raakbogen en bijzonnen, heldere gekleurde vlekken op 22 graden ter weerszijden van de zon. 38

39 Parheliums = Bijzonnen = Sundogs Een parhelium of bijzon is een halo-verschijnsel dat ontstaat als een lage zon door cirruswolken schijnt, bijvoorbeeld in een melkwitte winternamiddaghemel. Het zonlicht wordt gereflecteerd en gebroken door ijskristallen en wordt gesplitst in verschillende kleuren; de oriëntatie van de ijskristallen in dit proces is erg belangrijk. In tegenstelling tot een regenboog ontstaan parheliën als bijna-horizontale gekleurde vlekken of staven aan de beide kanten van de zon, rond een hoek van 22 graden. Verklaring bijzonnen Bijzonnen of parheliums (= bij de zon) zijn heldere lichtvlekken die ontstaan wanneer zonlicht onder een geschikte hoek door zeshoekige ijskristallen gaat. Meestal worden bijzonnen en andere haloverschijnselen gevormd door cirruswolken maar ook andere wolken zoals ijsmist en diamantmist kunnen bijzonnen vormen. Bijzonnen kunnen soms zo helder zijn dat ze voor de echte zon gehouden worden. Ze zijn vaak helder wit maar vertonen soms een deelspectrum met de rode golflengte aan de kant van de zon. Ook vertonen ze vaak een staart die van de zon afwijst. 39

40 Verklaring bijzonnen Bijzonnen is het meest voorkomende haloverschijnsel na de kleine boog en gaan er vaak mee samen. Het verschil tussen die twee is de oriëntatie van de ijskristallen waar het zonlicht doorgaat voordat de ogen bereikt Haloverschijnselen vereisen een mixture van random kristaloriëntaties in de lucht. Wanneer er slechts horizontaal georiënteerde vlakke ijskristallen zijn, zien we alleen maar bijzonnen. IJskristallen zijn hexagonaal (= zeshoekig) gevormde staafjes of plaatjes. Indien ze naar beneden vallen worden ze door de luchtweerstand automatisch horizontaal georiënteerd. Bijzonnen ontstaan doordat het zonlicht door de dunne zijvlakken wordt gebroken. Hoe beter de plaatjes horizontaal liggen, des te compacter de bijzonnen zijn. IJskristallen 40

41 Halo-verschijnselen op de Zuidpool Schema van de meest voorkomende verschijnselen: - de bijzonnen - de kleine kring of 22 halo - de grote kring of 46 halo - de parhelische boog - de zonpilaar - de bovenraakboog - de circumzenithale boog Foto gemaakt op de Zuidpool tijdens diamantmist: Een zeer ijle lage wolk - aan de grond - bestaande uit minuscule ijskristallen. Deze komen vaak voor in de poolstreken Complexe halo op de Zuidpool Foto Günther Können

42 Parhelische kring Een parhelische kring is een melkwitte kring door de zon met het zenit als middelpunt. Dit lichtverschijnsel hoort tot de halo's, optische verschijnselen die ontstaan door breking van licht in ijskristallen. De parhelische kring staat in tegenstelling tot andere halo's evenwijdig aan de horizon. Bovendien maakt de zon deel uit van de kring. Het deel van de ring tegenover de zon wordt indirect door de zon gevormd, vooral door interne reflecties van de ijskristallen. Halo s op de Zuidpool

43 Diamond dust Een vaak dunne mistlaag bestaande uit kleine hexagonale ijsdeeltjes, vrnl. In poolstreken bij onbewolkte lucht. Firerainbow (Halo: Circumhorizontal Arc) 43

44 Simulatie van halo s op Mars Marsatmosfeer: 95,3 % CO2, 2,7 % N2 Corona door maan en planeet Prachtige corona rond de maan met minstens vier ringen. De Plejaden zijn te zien rechts bij de eerste rode ring. Een corona kan gevormd worden door iedere lichtbron. Hier een corona gevormd door Jupiter op een afstand van ca. 1 mld. km. 44

45 Irisatie: parelmoerkleuren Iriseren (iris = regenboog) is het verschijnsel waarbij door breking en interferentie van licht in of aan het oppervlak van een voorwerp dit voorwerp een kleurrijke uitstraling in 'de kleuren van de regenboog' krijgt, waarbij de tinten veranderen afhankelijk van de kijkhoek. Iriseren wordt veroorzaakt door meervoudige reflecties in (semi-) transparant materiaal. Vb. Zeepbellen, olie op water, schelpen, insecten, vogels, Wolken: Ac lenticularis in de buurt van de zon. Irisatie bij wolken In de meteorologie heeft men het over iriserende wolken wanneer hele wolken of wolkenbanken in parelmoerkleuren oplichten. Meestal betreft het dan altocumulus, lenticularis of cirrocumulus waarin het verschijnsel zich - voor de kijker - voordoet in de buurt van de zon. In dit geval treedt het iriseren vooral op ten gevolge van interferentie en zijn de kleuren afhankelijk van de grootte van de waterdruppeltjes of ijskristalletjes in de wolk en de manier waarop het licht erop valt. 45

46 Iriserende wolk (Pileus) Iriserende Altocumulus 46

47 Lichtende nachtwolken Komen voor op ongeveer 80 kilometer hoogte. Op zeer fijn stof condenseert waterdamp tot ijs waarin het zonlicht weerspiegelt wordt. Zeldzaam te zien in de zomer na zonsondergang of voor opkomst. Voor het eerst gezien na de eruptie van de Krakatov in 1883 en worden in verband gebracht met de toenemende uitstoot van methaan. Noctilucent Clouds 47

48 Lichtende nachtwolken in Noorwegen 48

49 Verklaring lichtende nachtwolken Zodiakaal licht Zodiakaal licht (zodiac = dierenriem) is een uiterst zwakke driehoekige lichtgloed aan de nachtelijke hemel die lijkt uit te stralen vanaf van de zon langs de ecliptica (schijnbare zonneweg) en de daarbij gelegen dierenriem. Het is een astronomisch verschijnsel dat wordt veroorzaakt door zonlicht dat wordt verspreid door ruimtedeeltjes en dat zo zwak is dat het bij maanlicht onzichtbaar is. Zodiakaal licht vermindert in intensiteit naarmate de afstand tot de zon groter wordt, maar in zeer donkere nachten kan het soms als een complete oplichtende band rondom de ecliptica worden gezien. Vrnl. Te zien in de tropen na zonsondergang in het westen of voor zonsopkomst in het oosten. Foto: Zodiakaal licht met Venus 49

50 Zodiakaal licht Gegenschein De Gegenschein of Weerschijn is een uiterst zwak licht tegenover de zon en wordt veroorzaakt doordat interplanetair stof het zonlicht weerkaatst. 50

51 Schema Gegenschein Gepolariseerd licht Elektromagnetische straling (licht) is een golfverschijnsel dat transversaal (loodrecht op de voorplantingsrichting) trilt. Licht vanaf een lichtbron kan alle kanten op trillen: ongepolariseerd. Gepolariseerd licht trilt slechts in één vlak. Polarisatie kan optreden indien een lichtstraal op een tralie (polarisatiefilter) valt en ook bij o.a. spiegeling van een lichtstraal die onder een schuine hoek invalt. Sommige insecten (bijen) en vissen kunnen gepolariseerd licht waarnemen; de mens kan dat i.h.a. niet 51

52 Polarisatiefilter Zonder / met filter 52

53 Noorderlicht APOD Magnetisch veld van de Aarde Geladen deeltjes (protonen, elektronen, ionen) van de Zon volgen de magnetische veldlijnen van de Aarde en treden rond de polen de aardatmosfeer binnen en gaan een interactie aan met de luchtatomen. Dit vrnl. In een actieve periode (11-jaarlijkse cyclus) van de Zon

54 Noorderlicht (Aurora Borealis) Poollicht hangt samen met uitbarstingen (plasmawolken) op de zon, waarbij grote hoeveelheden geladen deeltjes (elektronen) het heelal ingeslingerd worden. Het aardmagnetisch veld zorgt ervoor dat de deeltjesstroom in de omgeving van de aarde wordt afgebogen en in de buurt van de Noord- en Zuidpool met verhoogde snelheid de atmosfeer binnendringt. De van de zon afkomstige deeltjes bevatten veel energie, die in de bovenste kilometers van de atmosfeer door botsingen wordt overgedragen op zuurstof- en stikstofatomen. Die energie komt uiteindelijk weer vrij en wordt op 80 tot 1000 kilometer hoogte uitgestraald in de vorm van het kleurrijke poollicht. Kosmische straling Geladen deeltjes: protonen, elektronen, ionen. Kleur poollicht hangt ook af van de energie (snelheid) van de deeltjes

55 Ontstaan van Poollicht Hoog in de atmosfeer Poollicht ontstaat wanneer geladen deeltjes, afkomstig van de zon, de bovenste delen van de dampkring binnenkomen langs het magnetisch veld van de aarde. De aurora is daardoor alleen rond de magnetische polen te zien. Op een hoogte van 100 tot 700 kilometer is de atmosfeer bijzonder ijl. De gasatomen die daar nog aanwezig zijn, worden door de botsing met de zonnedeeltjes aangeslagen (zie illustratie). Ze komen daardoor in een hogere energietoestand. Bij terugkeer naar de oorspronkelijke situatie wordt door het aangeslagen deeltje licht uitgezonden, dat in verschillende kleuren kan worden waargenomen. Het rode licht is afkomstig van grote hoogte, meer dan 300 km boven het aardoppervlak. Poollicht met een witte of groenige tint ontstaat bij deeltjes die op ruim honderd kilometer hoogte waren aangeslagen. 55

56 Vormen van sneeuwkristallen Wilson Bentley ( ) Sneeuwkristallen Foto s Wilson Bentley (ca. 1900) 56

57 Aangroei sneeuwkristal 57

58 Watermoleculen Een watermolecuul is een chemische verbinding van twee waterstofatomen en een zuurstofatoom. De molecuulformule is H 2 O. Een watermolecuul is asymmetrisch en vormt bij bevriezing een haxagonaal (zeshoekig) kristalrooster. Maatstaafje: 100 µm 58

59 Vormen van sneeuwkristallen Morfologisch diagram 59

60 Sneeuwkristal m.b.v. een elektronenmicroscoop. Vergroting 450 x. Rechtsboven gezien door een lichtmicroscoop. Zeshoekig plaatje 60

61 61

62 Rijp Ontstaat bij T < 0 C door de overgang van waterdamp in ijs (afzetten of rijpen) op een voorwerp. De aangroei is van alle kanten Ruige rijp Ontstaat bij mist; de fijne waterdruppeltjes zweven in de lucht. Daalt de temperatuur onder nul, dan raken die waterdruppeltjes onderkoeld, ze bevriezen zodra ze ergens tegenaan botsen. Komt minder vaak voor dan rijp doordat daarvoor behalve vorst ook mist nodig is. Aangroei tegen de wind in aan één kant Bij laminaire luchtstroming Bij turbulente luchtstroming 62

63 Haarijs: De baard van koning Winter Haarijs is een verschijnsel waarbij een haarachtige, wollige ijsstructuur ontstaat op dood en nat hout van loofbomen (vrnl. eiken en beuken). Dit verschijnsel doet zich voor rond het vriespunt. Het hout blijft een tijdje net iets warmer dan de omgeving t.g.v. de verteringsenergie door schimmels. Het vocht in het hout wordt naar buiten geperst door de zeer kleine openingen, poriën. Dit zijn openingen van 0,1 mm of kleiner. Het naar buiten geperste water bevriest tot een haarachtige structuur. Haarijs groeit dus a.h.w. vanuit het hout!! Een hoge luchtvochtigheid is noodzakelijk voor de succesvolle vorming van ijshaar. In 1918 publiceerde Alfred Wegener in het tijdschrift Die Naturwissenschaften zijn artikel "Haareis auf morschen Holz" over het fenomeen ijshaar. Pas in 2005 hebben 2 Zwitsers, Wagner en Matzler, de juiste verklaring ontdekt. Voornamelijk op takjes van beuk en ijk Haarijs kan niet ontstaan op takjes van naaldhoud (dennen, sparren) omdat zich daar geen porién bevinden. 63

64 Lintijs 64

65 Vrolijke Kerst en een gezond