Wenn Sie auf die Sonne schauen, wenn sie teilweise von Wolken bedeckt ist und sich hinter diesen Klumpen atmosphärischen Wassers versteckt, können Sie einen vertrauten Anblick sehen: Lichtstrahlen, die durch die Wolken brechen und zu Boden fallen. Manchmal scheinen sie parallel zu sein, manchmal scheinen sie auseinander zu gehen. Manchmal kann es die Form der Sonne durch die Wolken sehen. Warum passiert das? Unser Leser
fragt diese Woche:
Können Sie mir erklären, warum Sie an einem wolkigen Tag die Sonnenstrahlen durch die Wolken brechen sehen können? Es scheint mir, dass wir, da die Sonne viel größer als die Erde ist und ihre Photonen uns auf ungefähr parallelen Wegen erreichen, den gesamten Himmel gleichmäßig beleuchtet sehen und keinen kleinen Lichtball beobachten sollten.
Die meisten Menschen denken nicht einmal an die erstaunliche Tatsache der Existenz von Sonnenlicht.
An einem typischen sonnigen Tag ist der ganze Himmel beleuchtet. Die Sonnenstrahlen fallen fast parallel auf die Erde, weil die Sonne sehr weit und im Vergleich zur Erde sehr groß ist. Die Atmosphäre ist transparent genug, damit das gesamte Sonnenlicht die Erdoberfläche erreicht oder in alle Richtungen streut. Letzterer Effekt ist dafür verantwortlich, dass an einem wolkigen Tag etwas auf der Straße betrachtet werden kann - die Atmosphäre streut das Sonnenlicht perfekt und füllt den umgebenden Raum damit.
Deshalb ist Ihr Schatten an einem hellen, sonnigen Tag dunkler als der Rest der Oberfläche, auf die er fällt, bleibt aber dennoch hervorgehoben. In Ihrem Schatten können Sie die Erde so sehen, als ob sich die Sonne hinter den Wolken versteckt hätte, und dann wird alles andere so dunkel wie Ihr Schatten, aber immer noch von diffusem Licht beleuchtet.
In diesem Sinne kehren wir zum Phänomen des Sonnenlichts zurück. Warum kann man manchmal die Lichtstrahlen sehen, wenn sich die Sonne hinter den Wolken versteckt? Und warum sehen sie manchmal wie parallele Spalten aus und manchmal wie divergierende?
Das erste, was zu verstehen ist, ist, dass die Streuung des Sonnenlichts, wenn es mit Partikeln der Atmosphäre kollidiert und in alle Richtungen umlenkt, immer funktioniert - die Sonne versteckt sich hinter den Wolken oder nicht. Daher gibt es am Nachmittag immer eine Grundbeleuchtung. Daher ist dies der „Tag“, und um tagsüber Dunkelheit zu finden, müssen Sie tiefer in die Höhle gehen.
Aber was sind Strahlen? Sie stammen aus Lücken oder dünnen Abschnitten von Wolken (oder Bäumen oder anderen undurchsichtigen Objekten), die das Sonnenlicht nicht blockieren. Dieses direkt durchgelassene Licht scheint heller als seine Umgebung zu sein, aber es fällt nur auf, wenn es sich von einem dunklen Schattenhintergrund abhebt! Wenn dieses Licht überall ist, wird nichts Bemerkenswertes darin sein, unsere Augen werden sich daran anpassen. Wenn sich jedoch herausstellt, dass ein heller Lichtstrahl heller als Ihre Umgebung ist, bemerken dies Ihre Augen und erkennen den Unterschied.
Was ist mit der Form der Strahlen? Sie könnten denken, dass Wolken wie Linsen oder Prismen wirken, Strahlen ablenken oder brechen und sie divergieren lassen. Aber das ist nicht so; Wolken absorbieren und emittieren Licht gleichermaßen in alle Richtungen, weshalb sie undurchsichtig sind. Der Effekt mit Strahlen tritt nur dort auf, wo Wolken den größten Teil des Lichts nicht absorbieren. Bei Messungen stellt sich heraus, dass diese Strahlen tatsächlich parallel sind, was einer großen Entfernung zur Sonne entspricht. Wenn Sie die Strahlen beobachten, die nicht auf Sie und nicht von Ihnen gerichtet sind, sondern senkrecht zur Sichtlinie, werden Sie genau dies finden.
Der Grund, warum es uns so scheint, als ob die Strahlen zur Sonne "konvergieren", ist der gleiche, weshalb wir den Eindruck haben, dass die Schienen oder das Straßenbett an einem Punkt konvergieren. Dies sind parallele Linien, von denen ein Teil näher an Ihnen liegt als der andere. Die Sonne ist sehr weit weg und der Punkt, von dem der Strahl ausgeht, ist weiter von Ihnen entfernt als der Kontaktpunkt mit der Erde! Dies ist nicht immer offensichtlich, aber deshalb nehmen die Strahlen die Form von Strahlen an, die deutlich sichtbar sind, wenn klar wird, wie nahe Sie dem Ende des Strahls sind.
Daher verdanken wir das Vorhandensein eines Strahls der Aussicht auf die ihn umgebenden Schatten und der Fähigkeit unserer Augen, zwischen der Helligkeit des direkten Lichts und der relativen Dunkelheit, die ihn umgibt, zu unterscheiden. Und der Grund, warum die Strahlen zu konvergieren scheinen, liegt in der Zukunft, und dass der Aufsetzpunkt dieser tatsächlich parallelen Lichtstrahlen näher bei uns liegt als ihr Ausgangspunkt am Boden der Wolken. Das ist die Wissenschaft der Sonnenstrahlen, und deshalb sehen sie so aus!