LICHT IN 'T VRIJE VELD.

Transcriptie

1 LICHT IN 'T VRIJE VELD. 3 De natuur om ons heen toont een grote yerscheidenheid aan lichtverschijnselen. Het meest bekend is de kleurrijke regenboog, die we zien als de druppels van een regenbui door de zon beschenen worden. De regenboog is een van de verschijnselen die ontstaan doordat het zonlicht, alvorens een waarnemer te bereiken, bij zijn weg door de dampkring van richting is veranderd. Deze richtingsveranderingen of deviaties hebben verschillende oorzaken. Kleine deviaties (minder dan 1o) hangen samen met de dichtheidsopbouw van de atmosïeer. Zn zijn o.a. zichtbaar aan de vorm van de zonneschijf bij lage zonnestanden. Waterdruppels en ijskristallen in de atmosfeer veroorzaken veel grotere veranderingen van de richting van het invallende zonlicht; hierbij ontstaan alledei witte of gekleurde lichtvlekken aan de hemel. Door buigingvan het licht van zon of maan aan wolkendeeltjes treden deviaties op tot ca. l0'. Zo worden de krsnsen gevormd, kleurrijke ringen, die vooral 's nachts rond de maan makkelijk zichtbaar zijn. Terugkaatsing en breking van licht aan ijskristallen in de dampkring geven aanleiding tot allerlei áaloverschijnselen. Bij het meest voorkomend haloverschijnsel, de kleine kring, bedraagt de deviatie 22", maar ook andere waarden komen voor. Nog weer grotere richtingsveranderingen van het invallende zonlicht worden veroorzaakt door vallende regendruppels; hier bedraagt de meest voorkomende waarde van de deviatie 138" en het bijbehorende lichtverschijnsel is de regenboog. Deviaties van ca 180o treden op in wolkendruppeltjes en dauwdruppels. Op deze manier worden de'glorie' en de'heiligenschijn'gevormd. Deze zijn zichtbaar rond de schaduw yan een waarnemer op mist of wolken resp. bedauwd gras of riet. De genoemde verschijnselen zullen worden besproken in de aangegeven volgorde, dus beginnend bij kleine deviaties en eindigend bij een deviatie van ca 180o. De deviaties bepalen tevens de plaats aan de hemel waar een verschijnsel kan worden waargenomei. Zn bevindt de regenboog (deviatie 138') zich op een afstand van l38o van de zon. Dat wil zeggen dat, wanneer we met de ene arm in de richting van de zon wijzen en met de andere in de richting van de regenboog de hoek tussen beide armen 138o bedraagt. Evenzo bevindt de kleine kring (deviatie 22) zïch op een afstand yan 22o yan de zon enz. (zie ïig. 1). Bij het bespreken van de verschijnselen beginnen we dus bij de zonnesclrijf en richten we onze blik vervolgens steeds verder van de zon af om te eindigen in het punt recht tegenover de zon (het tegenpunt van de zon). Tot slot zal worden nagegaan of de komst van de gloeilamp en andere kunstmatige lichtbronnen het aantal waarnemingen van de genoemde verschijnselen heeft vergroot, doordat ze evenals de zon of de maan als lichtbron kunnen optreden, De laagstaande zon. De veranderingen van richting die het zonlicht ondergaat t.g.v. de dichtheidsopbouw van de atmosfeer zijn weliswaar gering (minder dan 1o), maar de rdoor veroorzaakte verschijnselen zijn zeer spektakulair. De platen B t/m I geven een indruk van de yerscheidenheid aan vormen, die de zonneschijf vlak na zonsopkomst of kort voor zonsondergang kan yertonen, De laagstaande zon is in ons land niet dagelijks zichtbaar. Vaak wordt hij door bewolking aan het oog onttrokken. Ook beschikken we meestal niet over een vrijë horizon zonder gebouwen, bomenrof heuvels. Doet zich echter een gelegenheid yoor, b.v. aan de kust of op grote hoogte, dan is steeds zichtbaar dat de veítikale diameter van de zonneschijf kleiner is dan de horizontale, zodat de zon afgeplat lijkt. Deze sípla.tting, die met het blote oog te zien is, hangt samen met de manier waarop lichtstralen zich in de dampkring voortplanten. Met het afnemen van de dichtheid van de lucht met toenemende hoogte wordt ook de waarde van de brekingsindex kleiner. Het zonlicht beschrijft hierdoor gekromde banen (zie plaat A) met als gevolg dat we de zon en andere hemellichamen hoger aan de hemel zien staan dan zonder atmosfeer het geval zou zijn (zie fig. 2)' Naarmate een punt zich verder van het zenit (zie fig. 1) bevindt, is de 'optilling' die door de atmosfeer veroorzaakt wordt groter. lzenit WaaÍn m í l. AÍstanden op de hemelbol. Een waarnetner W bevindt zich altijd ín het middelpunt van de hemelbol. Het punt recht boven de waarnemer op de hemelbol is het zenit- Het horizontale vlqk waarin de waarnemer zich bevindt snijdt de hemelbol volgens een cirkel: d.e horizon (d.eze vqlt dus niet noodzakelíjkerwijs samen met de kim, de grens tussen land of zee en lucht). De ajstsnd tussen twee punten op de hemelbol bedraagt 22" als hoek (AWB) : 22". A. Een lichtstraal vqlt horízontaal in op een suíkeroplossing. Onderin is de suikelconcentratie hoger dan bovenin, zodat de brekingsíndex naqr boven toe aíneemt. Daardoor volgt de lichtstraal een gekromde baan. Hetzelfde verschijnsel treedt op in onze dampkring. Daar neemt de brekingsindex eveneens naar boven toe af door het íjler worden van de lucht. Lichtstrslen volgen in de dampkring dan ook gekromde banen. (Het cilinderglas Iinks dient om de richting vqn het invallende licht zichtbaar te maken). Zo wordt ook de onderrand van de zon meer opgetild dan de bovenrand, waardoor de zonneschijf in vertikale richting \yordt samengedrukt en de ovale vorm ontstaat (plaat B).

2 20 i meeste punten van de zon zal een kleine verplaatsing niet opvallen omdat deze door een verplaatsing van andere punten van de zonneschijf weer ongedaan gemaakt wordt. Aan de rand geldt dit echter niet, zodat deze een rafelig aanzien krijgt. Het yerschijnsel van de rafels is in wezen hetzelfde als het twinkelen of scintilleren van de steffen, dat 's nachts kan worden waargenomen. 2. Door de atmosferische straolkromming neemt men sterten en and.ere punten qsn de hemelbol hoger \)aar dtn zonder atmosfeer het geval zou zijn. Kartels zijn wat grotere, hoekige 'storingen' op de ovale vorm van de zon, die aan beide zijden van de zon op dezelfde hoogten optreden (zie plaat D en E). Ze worden veroorzaakt door de aanwezigheid van lagen met verschillende temperatuur (dus ook verschillende dichtheid en brekingsindex) in het onderste gedeelte van de dampkring. B. Zonsondergang 29 apil 1978 te Wieland. De zonneschijf is ovqal; de vertikale díameter vsn de zonneschiif is kleiner dan de horizontsle. D. Zonsondergang 24 juli 1978 te Yport (Normandië). De bovenrand van de zonneschijf vertoont allerlei kartels. Deze wijzen op een gelaagde opbouw van de atmos- Jeer. C. Zonsondergang 29 maart 1978 te Nes (Ameland). De rand vqn de zonneschijf is geen strak getrokken lijn, maar vertoont raíels- \{anneet }ve de laagstaande zon waarnemen met een v rrekijker zijn gewoonlijk meer details zichtbaar. Op verschillende foto's is te zien dat de laagstaande zon allerlei kartels en rafels aan zijn rand vertoont. De raíel.s (plaat C) ontstaan door kleine dichtheidswisselingen in de lucht waar we doorheenkijken, die op hun beurt weer het gevolg zijn van kleine wervelingen die in bewegende lucht optreden. De plaatselijke afwijkingen van de gemiddelde dichtheid veroorzaken afuijkingen van de gemiddelde btekingsindex, van de richting waarin de lichtstralen zich yoortplanten en dus ook van de richting waaruit het zonlicht 'afkomstig lijkt. Voor de E. Zonsondergang 21 mei 1977 te Texel. De onderzijde ven de zon laat duídelijk kartels zien. In principe lopen de grensvlakken tussen dergelijke lagen horizontaal, maar door verschillen in wind tussen de beide lagen kunnen de grensvlakken in trilling worden gebracht (vergelijk het ontstaan van oppervlakte-golven wanneer lucht over een lvateroppervlak stroomt). Dan ontstaan merkwaardige uitstulpingen aan de rand van de zon (zie plaat F), die, naarmate de zara zakt, geleidelijke langs de rand naar boven bewegen om te eindigen als een afsnoering aan de bovenzijde van dezon (zie plaat G), een eilandje van (geel en groen) licht middenboven de zon. Boven watme oppervlakken is de kromming van de lichtstralen in de onderste warrne lucht-

3 ) Iaag tegengesteld aan de normale kromming. Bij voldoende grote temperatuurverschillen spiegelen de Iichtstralen a.h.w. tegen de warme laag. Er kunnen dan deuken optreden aan de onderzijde van de zonneschijf (zie plaat H). Het is hetzelfde verschijnsel als de luchtspiegelingen in de woestijn of boyen warme asfaltwegen, die in de verte met plassen water bedekt lijken. Het gedeelte van de zonneschijf onder de deuk is het spiegelbeeld van een gedeelte van de zonneschijf vlak boven de deuk. Een zonsondergang kunnen we het best waarnemen met een verrekijker vanaf een punt met een vrije horizon. Wel dienen we steeds maatregelen te treííen om te yoorkomen dat we ons oog door een teveel aan zonlicht beschadigen. Zelf klem ik donkere negatieve tussen mijn bril en de eraan bevestigde zonnebril alvorens een kijker op de laagstaande zon te richten. Van de kijker is vooral de vergroting belangrijk; aan de lichtsterkte hoeven geen hoge eisen gesteld te worden omdat er gewoonlijk al veel te veel licht is. Overigens wisselt de Iichtsterkte van de zonneschijf bij verschillende zonsondergangen aanzienlijk. Voor het fotograferen van zonsondergangen is een telelens noodzakelijk. Standaardlenzen geven een klein beeld van de zon (vlg. plaat R), waarop de hier beschreven details niet of nauwelijks zichtbaar zijn. Bovendien beantwoordt het resultaat dan niet 4an ons subjektief gevoel. Door gezichtsbedrog lijkt de zonneschijf bij laagstaande zoír groter dan midden op de dag. Een fototoestel is hiervoor echter ongeyoelig. Een opname, die met een telelens werd gemaakt beantwoordt beter aan onze verwachting een grote zonneschijf aan te treffen nabij de horizon. F. Zonsonrlergang 26 julí 1978 te Yport (Normandië). Aen de rand van de zo zijn merkwaurdige uitstulpingen zichtbaar, die naarmate de zon zakt langs d.e rand naar boven bewepen. G. Deze Joto werd kort najoto F genomen. Aqn de bovenzijde van de zon bevindt zich een afsnoeing', R- Zuil, waargenomen ti.idens de zonsopkomst van 16.iuli 1976 te Workum- Kransen. Onder een /rrnn s verstaan we het lichtverschijnsel dat om de zon of de maan oírtstaat in dunne bewolking. In fig. 3 is schematisch aangegeyen wat we dan waarnemen. Rond de lichtbron bevindt zich de aureool, een heldere (blauw-)witte ring met een rode of roodhruine rand. Dit is de eenvoudigste vorm van de krans. H, Zonsondergang boven warm wateroppervlak, waargenomen op 3 september 1976 te Camperduin (NH). Aan de onderziide van de zonneschijj bevínden zich 'deuken'- 3. Principe van de krans. De aureool rond de zon of de maan is nagenoeg kleurloos. De sureool is omgeven door een oj meer gekleurde ingen (twee ajgebeeld) met een blauwe bínnenrqnd en een rode buitenrqnd,

4 22 I Soms is de aureool echter omgeven door een of meer gekleurde ringen met een blauwe binnenrand en een rode buitenrand. Kransen zijn om de maan makkelijker waar te nemen dan om de zon, omdat we in het laatste geval door het zonlicht verblind worden. Met een zonnebril, of door te kijken naar de weerspiegeling van de zon in donker glas of in een wateroppervlak, kunnen we verblinding ver. minderen of vermijden. Kransen ontstaan door buiging van licht aan de kleine waterdruppeltjes o{ ijskristallen, die de wolken vormen waarin het verschijnsel zich voordoet. Deze wolkendeeltjes zijn obstakels in de weg die het zon-of maanlicht volgt. Het buigingspatroon van meerdere wolkendeeltjes is hetzelfde als dat aan één zo'n deeltje, maar is lichtsterker. Met het beginsel van Huygens kunnen we nu de plaatsen vinden waar een bepaalde kleur (b.v. blauw of rood) overheerst. Hierbij blijkt het resultaat afhankelijk te zíjn van de grootte van de wolkendeeltjes. Kleine druppeltjes of ijskristallen geven grote ringen en omgekeerd. De kleuren zijn het mooist als alle wolkendeeltjes even groot zijn. Anders ontstaat bij iedere druppelgrootte een eigen ringsysteem, zodat de kleuren vervagen. Verschillende druppelgroottes geven soms ook aanleiding tot asymmetrische vormen van de krans (vlg. fig. 4). fig. 6a). De richtingsverandeting die hierbij optrecdt bcdraagt steeds 22o of meer (fig. 7). Een relatief groot gedeelte van het op de ijskristallen invallende licht ondergaat de minimumdeviatie van 22" (zie fig. 8). Hierdoor ontstaat op een afstand van 22" van de zon een lichte vlek aan de hemel. Wanneer de ijskristallen willekeurige standen innemen is de Iichte vlek in alle richtingen zichtbaar, zodat een Iichte ring ontstaat. Doordat deviaties kleiner dan 22" nl.et voorkomen zien we een donket gebied binnen de kring. De rode binnenrand wordt veroorzaakt door de kleurschifting die optreedt bij doorval van licht door het ijsprisma. De deviatie is voor rood kleiner dan voor andere kleuren, zodat deze kleur het dichtst bij de zon zichtbaar is. De ijskristallen kunnen ook werken als prisma's met een tophoek van 90'. In dat geval is de minimumdeviatie 46" en ontstaat de grote king (zie plaat L). Deze is lichtzwakker en kleurrijker dan de kleine kring en wordt minder vaak waargenomen. 4. Asymmetrische krans bij de grens van een wolkje. De kleine druppels die voorkomen aan de rand van de wolk leveren een grotere strqal vqn de krans dan de grotere druppels midden in de wolk. Eveneens door buiging ontstaan de kleuren in z.g. iriserende wolken. Ze kunnen in de nabijheid van de zon voorkomen, maar ook op grotere afstanden van de zon (tot 30 à 40'). Vooral in het laatste geval is een konstante druppelgrootte van belang. In de buurt van de zon bepaalt de afstand tot de zon waat en op welke manier het verschijnsel kan worden waargenomen; verder van de zon domineert de struktuur van de wolk. In de kleurenbanden, die dan vaak evenwijdig aan de rand van de wolken lopen, overheetsen groen en rose. Daar de lichtsterkte erg groot is, moeten we op dezelfde manier als voor de krans werd beschreven, verblinding tegengaan. Halo's. Een aantal lichtverschijnselen aan de hemel, zichtbaar in hoge bewolking, ontstaat door terugkaatsing of breking van zonlicht in de ijskristallen waaruit die wolken bestaan. De yerzamelnaam voor deze verschijnsel ls halo. De kleine kring of kríng van 22o is de meest vootkomende vorm. Gemiddeld kan dit verschijnsel in ons land om de andere dag geheel of gedeeltelijk worden waargenomen. De kleine kring bestaat uit een lichtring om de zon, die aan de zonzijde scherp begrensd is op een afstand van 22o en aan de andere kant geleidelijke lichtzwakker wordt (zie fig. 5, plaat J). De binnenrand is vaak roodachtig van kleur. Binnen de kring ziet de hemel er donkerder uit dan daarbuiten. De kring moet niet yerward worden met de krans, die kleurrijker is, de zon of maan direkt omgeeft en op een andere wijze wordt gevormd, De kleine kring ontstaat doordat ijskristallen, die regelmatige zeshoekige vormen hebben (zie fig. 6, zie ook plaat K), het licht breken als een prisma mbt een tophoek van 60" (zie 5. Lichtsterkteverdeling van de kleine kring. In het mid' den van de figuur moet men de zon denken. De stip' pen geven aan v)aor het zonlicht zosl terecht kan komen na breking door ijskristallen met een tophoek van 60" in een willekeurige stanrl. De begrenzing aan de zonzijde is veel scherper dan díe aan de buítenzijde van de ring. Binnen de ring is de hemel donkerder dan duqrbuiten. 6. 6u. De eenvoudígste en meest voorkomende ijskristallen in de atmosíeer zijn de plaatjes (links) en de naaldjes. Beide zijn ajgebeeld in een stand, die zij in een rustige stmosleer gewoonlijk innemen. Andere even' wichtsstanden van naaldjes kunnen verkregen worden door draaiing op de aqngegeven manier: de ss bevindt zich daarbii steeds in een hoizontasl vlak. ó,' 6oor IJskristallen kunnen worden opgevst als prisms's met een brekende hoek van 60' of 90'.

5 J. De kleíne kring is het meest voorkomende haloverschijnsel. Hel waanlemen en Íotogrq-feren gaat gemakkeliiker als de zon wordt afgeschermd, b,v. door een lantqarnplul lde Bilt, 6 november 1976). K, IJskristallen hebben regehnatige zeshoekige vormen. Het kristal op de Joto is een schoolvoorbeeld van een 'plaatje (futo H. Verschure e M. Krielaart). /\ / \ L. De helo van 14 april 1978 te De Bilt. De zon bevindt zich achter de dakgoot. Links van de zon is een biizon zichtbqqr, Recht boven de zon zien we de bovenraakboog aan de kleine kritg en daarboven gedeelten van de grote kring en de circuntzenitale boog. De meeste andere haloverschijnselen ontstaan als de ijskristallen min of meer vaste standen aannemen: hiervoor is een betrekkelijk rustige atmosfeer vereist. De standen die bij het zweven in de atmosfeer kunnen wotden ingenomen zijn weergegeven in fig. 6. Steeds is de stand zo, dat de weerstand bij een valbeweging van het ijskristal maximaal is. De verschillende vormen van ijskristallen (plaatjes en naaldjes, zie fig. 6) geven aanleiding tot verschillende halo's. De plaatjes verootzaken de biizortnen (zie plaat M), kleurrijke licht" vlekken op een afstand van 22" van de laagstaande zon. De afstand tot de zon neernt geleidelijk toe met de zonshoogte. 7. Stralengang van licht door een ijsprisma met een tophoek van 60". De mirintumdeviatie bedruagt 22". Het vlok van tekening staat loodrecht op de as van het kristol. In de buurt van de minimumdeviatie verandert de deviatie bij een betrekkelijk grote verandering van de invqlshoek mqsr v'einig. Dit veroorzaakt een versterking van het licht h de richtinp vun de mininumdeviqtie. M. Bíizon (De Bilt). De stralengang bij de vorming van de bijzonnen is dezelfde als bij de vorming van de kleine kring. De minimumdeviatie heeft echter alleen een waarde van 22" als de lichtstralen invallen in het vlak van tekening van Ïig. 7. Dit is voor plaatjes in hun evenwichtsstand slechts het geval bij een zonshoogte van 0o. Maken de invallende lichtstralen een hoek met het vlak van tekening van fig. 7, dan wordt ook de waarde van de deviatie groter en neemt de afstand zon-bijzon toe (zie plaat O). De circuntzenitale boog ontstaat eveneens bij plaatjes, die zich in de evenwichtsstand bevinden. Het is een zeer kleurrijke en lichtsterke boog boven de zon, die op het eerste gezicht sterk lijkt op een regenboog. De afstand tot de zon is 46o of meer, afhankelijke van de zonshoogte. Bij de vorming van de boog fungeren de plaatjes als prisma's met een tophoek van 90o.

6 24 t Schuine inval van licht op ijskristallen treedt ook op wanneer naaldjes zich in een evenwichtsstand bevinden. Nu hangt de hoek met het vlak van tekening van fig' 7 niet alleen af van de zonshoogte, maar ook van de stand die het naaldje inneemt (vlg. fig. ó, rechts). Op deze manier ontstaan de boven- en de benedenraakboog aan de kleine kring, Evenals bij de overige beschreven haloverschijnselen is de naar de zon toegekeerde rand roodgekleurd De vorm hangt sterk af van de zonshoogte (zie fig. 9 en plaat P en Q). Bij zonshoogten van meer dan 40o raken de uiteinden van de boven-en de benedenraakboog elkaar en vormen ze gezamenfijk de omhullende halo. d Voorbeelden van halo's die door terugkaatsing ontstaan zijn de zuil (zie pfaat R) en de bi.jzonnenring (zie plaat S). De terugkaatsing vindt plaats tegen vertikale horizontale resp.vlakken van in de Iucht zwevende ijskristallen. Daar er bij terugkaatsing geen kleurschifting optreedt bezitten deze verschijnselen dezellde kleur als het zonlicht. De zuil heeft de vorm van een vertikale lichtstreep of lichtpluim, die zich zowel boyen als onder de zon bevindt. Gewoonlijk is een lage zonnestand vereist. De bijzonnenring is een band die evenwijdig aan de horizon loopt op de hoogte van de zon. Meestal kunnen alleen stukjes van deze ring worden waargenomen. Soms komen zuil en bijzonnenring tegelijkertijd voor in de nabijheid van de zon; in dat geval is het krlrs' zichtbaar. Bij de hier gegeven opsomming van haloverschijnselen is niet gestreefd naar volledigheid; de meest voorkomende verschijnselen zijn echter besproken. Een samenvatting geeft fis. i0. d S. Gedeelte van de bijzonnening, 4 augustus 197ó te De Bilt. 4t \ 60" HORZON 9. De omhullende v ersc hil lende zons ho o gten. D e dikke zwarte lijn is de horizon; het gedeelte onder de horizon is gearceerd en gewoonlijk niet zichtbaar, behqlve vqnuit vliegtuigen, vanaf bergtoppen etc- De cirkel geejt de binnenrand van de kleine kring aan. De zon moet gedacht worden in het míddelpunt van d.e cirkel. 10. De belangrijkste haloverschijnselen: 1. Bijzonnen- 2. Kleine kring oj kring van 22" 3. Omhullende halo (boven- en benedenraakboog aan de kleine kring). 4. Grote kring of kring van 46" 5. Circumzenitsle boog, 6- Bijzonnen 7. Zuil

7 i 25 Het waarnemen van haloverschijnselen gaat het gemakke- Iijkst als de zon is afgeschermd, b.v. door er een hand voor te houden of door een zodanige waarnemingspositie te kiezen dat de zon zich net achter een boom, schoorsteen of lanïaarnpaal bevindt (vlg. plaat J). Voor het fotograferen van halo's geldt eenzelfde regel. Met een standaard-fotografische uitrusting en een gewone diafilm zijn bevredigende resultaten te behalen. Door een of twee stappen te onderbelichten verkrijgt men een konstrastrijker resultaat. Bij zwart-wit opnamen is een geel-, oranje- of roodfilter noodzakelijk. Met een groothoeklens krígt men een groter gedeelte van de halo op de foto. Willen we b.v, een kleinbeeld opname maken van een volledige kleine kring, dan is een objectief met een brandpuntafstand van 28 mm of minder vereist. De regenboog. Bij het waarnemen van de verschijnselen die tot nu toe beschreven werden keken we steeds in de richting van de zon of van de maan. We keren deze nu de rug toe om onze blik te richten op verschijnselen die zich aan de andere kant van de hemel of Íond het tegenpunt yan de zon voordoen. We beginnen met de regenboog, het bekendste en kleurrijkste optische verschijnsel aan de hemel. Schematisch is het regenboogverschijnsel weergegeven in fig. 12. Het duidelijkst is de z.g. hoofdregenboog, een kleurrijke citkelvormige ring met een rode buitenrand, een straal van 42" en het tegenpunt van de zon als middelpunt. Vaak is ook een tweede boog zichtbaar, de bijregenboog die lichtzwakker en breder is, een rode binnenrand heeft en een straal van 51o. Binnen de hoofdboog zijn soms na het violet nog z.g. overtallige bogen zichtbaar, waarin de kleuren rose, groen en violet overheersen. Tussen de beide bogen ziet de hemel er gewooll- Iijk donkerdel uit dan binnen de hoofdboog of buiten de bijboos. bijregenboog ^overtallige bogen hooídregenboog donker gebied regenboog bevindt zich dus op 138o van de zon, dat is op 42' van het tegenpunt van de zon. Bij twee inwendige terugkaatsingen ontstaan de bijregenboog en het lichte gebied daarbuiten. Hier bedraagt de minimumdeviatie 231" en zien we de boog op 51o van het tegenpunt van de zon. VaÍr het tussenliggende gebied is geen licht afkomstig dat één van de stralengangen van fig. 13 heeft doorlopen. De hemel ziet er daar meestal donketdeí uit dan binnen de hoofdboog of buiten de bijboog. \-7-T- 'f-í 13. Stralengangen door een bolvormige waterdruppel díe aanleiding geven tot de vorming van de hoojdregenboog en de bíjregenboog. De straal R van de hoojdregenboog bedraagt 42", de deviqtie O - 138": bij de bijregenboog is R:51" en O - 231'. De afstand waarnemer-regenboog is onbepaald. De druppels die aan de vorming van de regenboog bijdragen liggen alle op het oppervlak van een kegel met een tophoek van 42" bij de waarnemer en de lijn van de waarnemer naar het tegenpunt van de zon als as (zie fig. 11). Wanneer de waarnemer zich verplaatst, beweegt dat kegeloppervlak, en dus ook de regenboog, zich met hem mee. Zo heeft elke waarnemer zijn eigen kegeloppervlak en ziet iedereen zijn 'eigen' regenboog. Wanneer de zon hoger boven de horizon komt, zakt het tegenpunt van de zon er verder onder en kan er een kleiner gedeelte van de regenboog worden waargenomen. Staat de zon hoger dan 42', dan verdwijnt de (hoofd-)regenboog onder de horizon. Daardoor wordt er 's-zomers rond de tijd van de hoogste zonnestand nooit een regenboog waargenomen, Horizon Tegenpunt van de zon 12. De hoo.fdregenboog is een církel rond het tegenpunt van de zon met een stt'aal vat ca 42"- De straal van de bi.jregenboog is ca 51". De bogen keren de rode randen (r) naar elkuar toe: het violet (v) zit aan de binnenziide vctn cle hoojdboog en aan de buitenzijde van de bij- boog- Tussen de bogen ziet de hemel er rueestal donkerder uit dan binnen de hoo;fdboog of buiten de bijboog. Sonts ziin bimen de hoojdboog nog z,g. overtallige bogen zichtbaar, voorql in de buurt van het hoogste punt van de regenboog. De regenboog ontstaat door terugkaatsing en breking van zonlicht in regendruppels. De stralengang is weergegeven in fig. 13. Lichtstralen die één inwendige terugkaatsing hebben ondergaan vormen de hoofdboog en het heldere gebied daarbinnen. Evenals bij de doorval van licht door ijskristallen treedt er een minimumdeviatie op en wordt een groot gedeelte van het licht volgens het minimum afgebogen (vgl fig. 8). Bij de hoofdboog bedraagt deze minimumdeviatie 138'; de 11. zo^ De regenboog, gezien vanal de grond- De bij d.e vormíng van de boog betrokken lichtstralen liggen alle op een kegeloppervlak met een tophoek van 42" bij de waarnemer e als ss de liin door de waarnemer en het tegenpunt vqn de zon,

8 26 Een ander verschijnsel, dat eveneens ontstaat door een verandering van de richting van het zonlicht van ca 180' is de glorie. Deze is zichtbaar als onze schaduw zich aftekent op een wolkenlaag of mistlaag. Het verschijnsel lijkt op de krans en bestaat uit een aureool direkt om de schaduw van de waarnemer, omgeven door één of meer gekleurde ringen met een blauwe binnenrand en een rode buitenrand. De straal van de ringen hangt aï van de grootte van de wolkent De opgegeven waarden van de minimumdeviatie hebben betrekking op oranje licht; voor rood licht gelden iets kleinere waarden, voor blauw licht iets grotere. Deze kleurschifting veroorzaakt de kleurenrijkdom van de regenboog. Bij het uiterlijk van de regenboog speelt ook de grootte yan de regendruppels waarin de boog zichtbaar is een Íol. Bij kleine druppels is de straal van de hoofdboog kleiner dan bij grotere. Tevens is de boog dan breder en minder uitgesproken van kleur. Ook zijn de overtallige bogen in dat geval duidelijker aanwezig. In de kleine wolken-en mistdruppeltjes is alleen nog een mistboog zichtbaar, wit met een roodachtige buitenrand en een straal die soms wel 8o kleiner is dan die van de gewone regenboog. De invloed van de druppelgrootte wordt veroorzaakt door buigingsverschijnselen, die naarmate de druppels kleiner zijn een belangrijker rol spelen. Heiligenschlin en glorie. Bij lage zonnestanden is de schaduw van ons hoofd op bedauwd gras of riet omgeven door een zilverwit lichtschijnsel: de heiligenschijn (zie plaat V). Het is alleen zichtbaar rond de schaduw van ons eigen hoofd, niet om dat van anderen; als we ons verplaatsen beweegt de heiligenschijn met ons mee. De italiaanse kunstenaar Benvenuto Cellini (16e eeuw) yatte het verschijnsel daarom op als een teken van zijn genialiteit. De belangrijkste bijdtage aan de lichtsterkte van het verschijnsel ontstaat als volgt. De dauwdruppels werken als lens; ze vormen een beeld van de zon op de grasspriet waarop zij zich bevinden. Dit beeld bekijken we als het wate door een vergrootglas, gevormd door dezelfde dauwdruppel. Op deze manier wordt het zonlicht dat op de dauwdruppel invalt door de grasspriet teruggekaatst in de richting waar het vandaan kwam. Het meeste teruggekaatste licht zal uit het tegenpunt van de zon afkomstig lijken; de lichtsterkte neemt af als de afstand tot dat punt toeneemt. De parelschetmen voor dia-of filmprojektie maken gebruik van hetzelfde principe: bolletjes voor een scherm dat het Iicht terugkaatst. Ook hierbij is de Iichtopbrengst het hoogst in de richting, tegengesteld aan de invalsrichting van het licht, dus bij een deviatie van ca. 180o. Men moet daarom recht vooí het scherm plaatsnemen om een lichtsterk beeld te verkrijgen. V. De heiligenschijn is een lichtschijnsel rond de schqduw van een \)aafnemer op beclauwd gras oj riet. druppels. De gemakkelijkste manier om de glorie te zien is vanuit een vliegtuig; de glorie tekent zich af rond de schaduw van het vliegtuig op een onderliggende wolk (zie fig. 14). Een waarnemer ziet de glorie, evenals de heiligenschijn, alleen om zijn eigen schaduw, niet om die van anderen. Als de afstand van het vliegtuig waarin de waarnemer zich bevindt tot de wolk niet zo groot is, is zelfs te zien vanuit welk gedeelte van het vliegtuig het verschijnsel wordt waargenomen; de schaduw is dan zo groot dat de centrale aureool grotendeels wordt bedekt. 14, De gktrie, hraurgetromen vanuit een punt bi,j de staart van een vliegtuig. Rond de schaduv,vun het vliegtuig op een lagergelegen wolkendek bevindt zich een aure' ool, ongeven door een gekleurde ring met een blauwe binnenrand en een rode buitenrqrul. Optische verschijnselen bï kunstmatige lichtbronnen. In het voorgaande zijn we bij de beschrijving van de lichtverschijnselen in 't vrije veld uitgegaan van zonlicht of maanlicht. Steeds konden beide als lichtbron fungeten; nu eens was een verschijnsel echter betet bij zonlicht zichtbaar (b.v. de regenboog), dan weer bij het licht van de maan (b.v. de ktans). Aanleiding voor de onderhavige uitgave is het feit dat 100 jaar geleden de eerste gloeilampen werden ontwikkeld. We kunnen ons in dat kader afwagen of bij gloeilampen of andere kunstmatige Iichtbronnen eveneens dergelijke lichtverschijnselen kunnen optreden. Voor wat betreft het laboratorium of het klaslokaal kunnen we deze vraag zonder meer met ja beantwoorden. Daar is de stralengang die bij de verschillende verschijnselen voorkomt gemakkelijk te rekonstrueren met behulp van kunstmatige lichtbronnen (zie b.v. fig. 15 en plaat A). Maar ook in 't vrije veld blijken de meeste verschiinselen die beschreven werden te kunnen worden waargenomen bij gloeilampen en andete kunstmatige lichtbronnen, zoals gebruikt bij sttaatyerlichting of in vuur- IOrens. De rafelige rqnd van de zonneschijf bij lage zonnestanden heeft dezelfde oorzaak als het twinkelen of scintilleren van de sterren; men zou het scintillatie van de zon kunnen noemen, In de avond van een zomerse dag is dit scintilleren ook waar te nemen aan lichtbronnen op enige afstand. We zien deze dan flikkeren en voortdurend enigszins van plaats veranderen. Deze'onrust'van de lichtbron is dus eigenlijk onrust van de onderste laas van de atmosfeet.

9 27 L Zonsonclergang bii een gelaagde opbouw van de atmos'.feer, 29 mei 1978 te Schiermornikoog. Q- Kleine kring en omhullende halo, waargenomen bii een hoge zonnest.tnd op 12 juni 1977 te De Bilt. N. Halo vdn 4 augustus 1976 te De Bilt. Bij lage zonnestanden bevinden zich cle biizonnen op een ajstaucl vwt 22" van de zon. Als tevens de klei e kr ry atrnwezig is liggen de biizonten dus op de kleine kring. T. Regenboog. Buíten de hoofdregenboog is de lichtzwqkkere bijregenboog zichtbaar. Tussen de bogen is de hemel donkerder dwt bínnen de hoofdboog oj buiten de biiboog. P, Bovenraakboog aan de kleine kring bij een lage zonnestand, waqrgenomen op 22 april 1975 te De Bilt. U. De regenboog in cle druppels van een plantensproeiet l{oto H. Verschure en M. Krielqart ).

10 28 i 15- Voorbeeld van een proeíopstelling waarbij de stralen' gang van de regenboog kan worden nagebootst. Het licht van de gloeílamp treedt uít bij de spleet en vslt in op een cílinderglus, gevuld met water. Hierbij wordt een "regenboog" gevormd op het scherm. De 'deuken' in het onderste gedeelte van de zonneschijf, die soms bij een zonsondergang boven een warm oppervlak kunnen worden waargenomen, berusten op een weerspiegeling van het onderste gedeelte yan de zonneschijf tegen de warme laag boven het aardoppervlak. Ook kunstmatige lichtbronnen (evenals allerlei andere 'aardse'voorwerpen) kunnen op een dergelijke wijze tegen een warme laag weerspiegeld worden en daardoor dubbel worden gezien. Zeer duidelijk is dit verschijnsel soms zichtbaar als na een zonnige dag het asfaltdek van een autosnelweg de warmte nog enige tijd na het inyallen van de duisternis kan vasthouden. Koplampen van tegenliggers en achterlichten van de auto's voor ons zien we dan weerspiegeld; het grote aantal lichtjes maakt een kermisachtige indruk. Ook overdag is de spiegeling van kunstmatige lichtbronnen wel eens zichtbaar en wel aan de remlichten van auto's boven een warme asfaltweg of aan de koplampen van een trein boven een warme spoorbaan (zie plaat W). W. Luchtspiegeling boven de spoorbaqn te Workum, 28 mei De koplampen vqn de trein worden weerspiegeld tegen een warme luchtlaag vlak boven de grond. Kransen zijn vaak zichtbaar rond straatlantaarns op enige afstand bij mist. Ook zonder mist is het verschijnsel waar te nemen door een beslagen vensterruit of door een beslagen bril. Bij monochromatische lichtbronnen (b.v. de oranje natriumlampen die langs veel wegen staan) zien we lichte en donkere ringen; kleuren zijn alleen zichtbaar bij gloeilampen (continu spectrum). Ilclo-verschijnselen kunnen worden waargenomen bij kunstmatige lichtbronnen tijdens ijsnevel of ijsmist (nevel of mist, die niet wordt gevormd door wolkendruppeltjes, maar door nabij het aardoppervlak zwevende ijskristallen. Op deze manier zijn de kleine kring, biizonnen en zuilen waargenomen. IJsmist treedt alleen op bij strenge vorst en komt in ons land zelden voor. Regenbogen zljn gezien in de lichtbundels van zoeklichten, wolkenlichten (schijnwerpers die gebruikt worden om 'snachts de wolkenhoogte te bepalen) en vuurtorens.ze bestaan uit een of twee lichte vlekken en een relatief donker gebied in de Iichtbundel overeenkomend met,de hoofdboog, de bijboog en het donkere gebied tussen de bogen. Als de lichtbron een gloeilamp is, vertonen de lichte vlekken een rode rand (zie fig. 16). Verder is het verschijnsel te lichtzwak om duidelijk de'kleuren van de regenboog'te zien. 16. De in de lichtbundel van de Branduis (West-Terschel' ling) waargenomen regenboog: a. Iichtzwakke rode be' grenzíng (bijregenboog): b. donker gedeelte in de bun' del (donkere band tussen beide ogen): c- duidelijke rode begrenzing (hoojdregenboog): d. heldere lichtvlek (hoojdregenboog). De wqarnemer stqst sqn de ïoet van de toren en kijkt schuin vcn onderen tegen de lichtbundel aan. De heilígenschijn is ook waargenomen bij het licht van een straatlantaarn. Een puntyormige lichtbron doet het verschijnsel het best uitkomen. Bij vuurtorenlicht kan de heiligenschijn eveneens gezien worden. We zoeken dan een duintop op die door de lichtbundel Yan de vuurtoren bestreken wordt en gaan met de rug naar de vuurtoren toe staan' zodat onze schaduw bij het passeren Yan de lichtbundel op de bedauwde begroeiing van het duin valt. De g/orie tenslone is ook een enkele maal gezien bij het licht van een gewone straatlantaarn tegen een donkere achtergrond. De meeste verschijnselen die beschreven werden kunnen dus ook bij gloeilampen of andere kunstmatige lichtbronnen worden waafgenomen, Yoetnoot 1. In dit artikel beperken we ons tot verschijnselen die op deze manier ontstaan. De rode kleur van de opkomende of ondergaande zon en andere verschijnselen waarbij verstrooiing van zonlicht een rol speelt behoren niet tot de bedoelde groep Yerschijnselen. Literatuur. M. Minnaert: "De natuurkunde van 't vtije veld I", Zutphen R. Scorer: "Clouds of the world", Nevton Abbot, "Introduction R.A.R. Tricker: to meteorological optics", London, S.W. Yisser: "Optische verschijnselen aan de hemel", Den Haag, 1957.