ilmakehän optiikka

Salaperäinen vihreä välähdys: mikä tekee viimeisestä auringonsäteestä värikkään?

La, 04/30/2016 - 10:05 By Jari Mäkinen
Valokuva vihreästä välähdyksestä

Lauantain kuva jatkaa eilistä ilmakehän valoilmöt -teemaa ja tulee kaukomailta. Siinä näkyvä ilmiö, niin sanottu vihreä välähdys, on silti havaittavissa toisinaan myös Suomessa. Sopivissa olosuhteissa horisontin taa laskevan Auringon viimeiset säteet oat vihreitä. Miksi?

Päivän kuvaLähellä horisonttia oleva Aurinko näyttää punaiselta siksi, että siitä tuleva valo kulkee varsin pitkän matkan Maan ilmakehässä. Ilmassa olevat molekyylit sirottavat lyhytaallonpituista sinistä valoa enemmän kuin pitempiaaltoista punaista, jolloin Aurinko näyttää olevan punertava.

Ilmassa oleva kosteus, pöly, hiekka ja saasteet vaikuttavat Auringon ja sen lähitienoiden punaisuuteen yleensä siten, että väri vain korostuu. 

Mutta mukana on myös sinertävää, sillä se ei suinkaan siroa pois kokonaan. Sirottamisen lisäksi ilmakehä myös taittaa valoa ja taipumisen määrä riippuu aallonpituudesta. Näin ollen lähellä horisonttia Aurinkoja on näkyvissä itse asiassa useita, eri värisiä sellaisia, joskin punainen on ylivoimaisesti selvin. Se, että laskeva Aurinko näyttää väreilevän, johtuu pääosin ilmakehän liikkeistä ja eri kerroksista, mutta myös siitä, että nämä eri "kuvat" näkyvät kaikki päällekkäin aavistuksen verran eri korkeudella. 

Toisinaan, kun ilma on puhdas ja kirkas, tulee hieman punaista ylempänä oleva sinivihreä kiekko myös näkyviin, ja erityisen hyvin se näkyy juuri silloin, kun punainen Aurinko on laskenut juuri ja juuri horisontin alapuolelle, mutta vihertävä kiekko on vielä näkyvissä. Kyseessä on silmänräpäys, jolloin Auringon viime säteet ovat vihreitä ja toisinaan vihreä näyttää suorastaan välähtävän.

Auringon laskun lisäksi sama ilmiö on havaittavissa Auringon noustessa, mutta koska vihreä tulee juuri ennen punaista silloin, on sen havaitseminen paljon vaikeampaa.

Tämäkin asia selviää Ilmatieteen laitoksen mainiolta Ilmakehä-ABC -sivustolta. Ursan Taivaanvahdissa on myös suomalaisia väläyshavaintoja.

Alla on vielä auringonlasku ja vihertävä väläys Bretagnessa, Ranskassa kuvattuna viime vuoden helmikuussa. Kuvaaja on YouTube-käyttäjä hoporion.

Halonäytelmän jääkiteet mikroskoopissa – suomalaisharrastajat tekivät myös 3D-kuvan

Ke, 12/30/2015 - 13:03 By Jari Mäkinen
Laattamaisia jääkiteitä

Taivaan tarkkailijalle halot ovat tuttu näky: taivaalla on varsin usein erilaisia renkaita, kaaria ja kirkastumia. Etenkin kylminä päivinä etenkin ohuen pilvikerroksen seassa näkyy näitä ilmakehän optisia ilmiöitä, jotka syntyvät kun valo taittuu tai heijastuu ilmassa leijuvista jääkiteistä. Tilastojen mukaan haloja näkyy Suomessa yli satana päivänä vuodessa.

Tyypillisesti haloja näkyy Auringon tai Kuun ympärillä, mutta toisinaan haloja voi olla laajemmallakin alueella – jopa toisella puolella taivasta. 

Samoin haloja voi syntyä keinovaloissa.

Kokeneet haloharrastajat Jarmo Moilanen ja Marko Riikonen ovat kuvanneet erityisen kiinnostavan keinovalosta syntyneen halonäytelmän joulukuun 13. päivänä Rovaniemellä Kemijoen rannassa. 

"Meillä on varta vasten halohavaintoihin tehty auton 12V akulla toimiva valoheitin, jonka valo on vielä muokattu mahdollisimman kapeaksi keilaksi", kertoo Moilanen. 

"Poltin on 6000 K värilämpötilan 75 W HID -autolamppu, joka vastaa valoteholtaan noin 180 W halogeenia. Tällä saavutetaan se, että halot muistuttavat enemmän Auringolla nähtäviä haloja. Katuvaloilla syntyvät divergentin valon halot ovat niin paljon hankalampia mallintaa. Voimme siis sytyttää valon siellä missä on hyvä jääkidepilvi. Tällaisia lamppuja on käytetty halokuvaukseen jo vuosia hyvällä menestyksellä."

Tässä  alla olevassa kuvassa (alkuperäinen on Ursan Taivaanvahdissa) on näkyvissä neljä eri halomuotoa: 22° rengas, auringonpilari, sivuaurinko ja ala-aurinko, joskin tässä tietysti Auringon sijaan ilmiön aiheutti keinovalo. 

Tiheässä jääkidepilvessä syntyneen ilmiön kuvaamisen lisäksi Moilanen ja Riikonen ottivat kiteistä näytteitä ja tutkivat niitä mikroskoopilla. Se, että kiteet paljastuivat laattamaisiksi jääkiteiksi, ei ollut yllätys, mutta mikroskooppikuvat sinällään osoittautuivat upeiksi.

Otsikkokuvassa ja yllä olevassa toisessa kuvassa laattakiteet ovat litteitä jääkiteitä, jotka ovat kuusikulmaisen särmiön muotoisia. Niitä voi pitää lumihiutaleiden erikoistapauksina, sillä lumikiteissäkin on kuusi sakaraa ja niiden muoto riippuu lämpötilasta ja kosteudesta sekä niiden syntypaikassa että matkalla maan pinnalle. Kiteistä voi tulla olosuhteista riippuen kuusikulmaisia levyjä, pilareita, neulasia tai haaroittuvia tähtiä.

Laatta- ja piralikiteetYleensä levymäisiä kiteitä syntyy hyvin lähellä nollaa, kun taas hieman viileämmässä (-3°C – -12°C) pilareita, sitten taas levyjä ja kylmemmässä kuin −22°C  jälleen pilareita.

Mitä vähemmän ilmassa on kosteutta, sitä yksinkertaisempia kiteistä yleensä tulee. Monihaaraiset, tähtimäiset kuviot vaativat suuren kosteuden, ja siksi komeimmat lumipyryt saadaan silloin, kun ilman kosteus on suuri, ja upeimmat halonäytelmät nähdään taivaalla taas ilman ollessa varsin kuiva.

Lisäksi on olemassa pyramidikiteitä ja prismaattisia kiteitä, mutta nämä molemmat ovat harvinaisempia kuin laatta- ja pylväskiteet.

Eri kiteet saavat aikaan eri halomuotoja. Myös kiteiden leijailusuunta vaikuttaa siihen, mikä halo syntyy. Kaikkiaan erilaisia kombinaatioita tiedetään yli 50. Osa niistä, kuten 22° ja 46° sivuauringot, 22° ja 46° renkaat sekä pilarit ovat yleisiä, mutta muutamia haloja on nähty vain muutaman kerran.

Kulmaetäisyydet 22° ja 46° esiintyvät usein haloissa siksi, että valo taittuu jääkiteessä tyypillisesti 22° ja 46° astetta. Siksi ilmiöt näkyvät näiden kulmamittojen päässä valonlähteestä. Pienempi 22° on huomattavasti yleisempi ja aina kirkkaampi kuin 46° asteen taittuma.

Eräs omituisimmista haloista on Moilasen vuonna 1995 Oulunsalossa havaitsema kaari, joka tunnetaan nyt Moilasen kaarena. Se on himmeä V:n muotoinen kaari Auringon yläpuolella 22° renkaan sisäpuolella, ja se havaitaan yleensä vain lumitykkien jääsumussa. Sen aiheuttavaa kidettä ei tunneta.

Haloja voidaan tutkia myös simuloimalla, eli antamalla tietokoneen laskea erilaisia valon kulkireittejä kidepilvien läpi. Tärkeää näissäkin simulaatioissa on kiteiden muodon tunteminen; siksi kiteitä on hyvä tutkia.

Alla on vielä Moilasen ja Riikosen tekemiä kauniita 3D-kuvia Rovaniemen keinovalohalon aiheuttaneesta kidepilvestä otetusta näytteestä.

Kiteitä kolmiulotteisina

Kyseessä on ns. anaglyfikuvat kidenäytteestä, eli niiden kolmiulotteisena näkeminen vaatii puna-sinilasit (puna-syaanilasi).

Hyvä lukupaketti haloista on Ursan Ilmakehän optisten ilmiöiden sivuilla.

(Juttua on päivitetty 30.12. klo 19:42 halohavaintoon käytetyn lampun kuvauksella.)

Taivaallisia koruja

Ke, 04/03/2013 - 14:12 By Toimitus
Haloja

Huhtikuu on oivallista aikaa tarkkailla paitsi kevään etenemistä myös taivaalla kimmeltäviä haloja. Päivätaivaan ilmiöistä halot ovat ehkä kaikkein näyttävimpiä – ainakin upeimmillaan. Auringon valon heijastuessa ja taittuessa jääkiteissä syntyy erilaisia renkaita, kaaria ja valoläikkiä, jotka voivat olla toisinaan huomiotaherättävän kirkkaita. Yleisin halomuoto on 22 asteen rengas. Nimensä rengas on saanut siitä, että se ympäröi Aurinkoa 22 asteen etäisyydellä (suoraksi ojennetun käsivarren etäisyydellä vaaksa on hieman alle 20 astetta). Rengas syntyy kuusikulmaisissa, lyijykynänpätkää muistuttavissa jääkiteissä, joiden läpi kulkevien valonsäteiden suunta muuttuu juuri tuon 22 asteen verran. Samalla kun valo taittuu, se hajoaa väreiksi samaan tapaan kuin prismassa tai sateenkaaren syntyessä vesipisaroissa. Siten halorenkaassa voi nähdä sateenkaaren värit, mutta päinvastaisessa järjestyksessä: sisäreunalla punaista ja ulkoreunalla sinistä, joka kuitenkin näkyy yleensä vain kaikkein kirkkaimmissa haloissa. Halon voi nähdä myös Kuun ympärillä, mutta silloin se on himmeämpi – koska Kuu on himmeämpi kuin Aurinko – ja yleensä väritön tai pikemminkin valkea.

22 asteen renkaan tai sen palasen voi nähdä jopa parisataa kertaa vuodessa. Seuraavaksi yleisimpiä ovat sivuauringot eli auringonsapet ja auringonpilarit. Sivuauringot näkyvät Auringon oikealla tai vasemmalla puolella (tai molemmin puolin) 22 asteen renkaan kohdalla tai hieman sen ulkopuolella. Koska myös sivuauringot syntyvät valon taittuessa jääkiteissä, niissä näkyy värejä 22 asteen renkaan tapaan. Auringonpilari sen sijaan syntyy auringonvalon heijastuessa laattamaisista jääkiteistä, joten se on väritön – paitsi auringonnousun tai -laskun tienoilla, jolloin pilari on punertava kuten lähellä horisonttia oleva Aurinkokin. Kenties kaikkein upein halomuoto on zeniitinympäristönkaari, jota sanotaan myös halojen kuningattareksi. Se kaartuu nimensä mukaisesti taivaan lakipisteen lähistöllä suoraan katsojan pään yläpuolella. Se näyttää komeimmillaan kuin väärään paikkaan eksyneeltä sateenkaarelta, mutta jää silti helposti huomaamatta, ellei muita haloja katsellessaan äkkää vilkaista ylöspäin.

Näiden kirkkaiden halomuotojen lisäksi on kymmeniä muita erikokoisia renkaita, eripituisia kaaria ja eri puolilla taivasta näkyviä läikkiä, jotka ovat himmeämpiä ja harvinaisempia, ja siten myös vaikeammin havaittavia. Usein erilaisia haloja näkyy yhtä aikaa useita: komeassa halonäytelmässä voi taivasta koristaa pitkälti toistakymmentä halomuotoa, osa jopa vastakkaisella puolella taivasta kuin Aurinko. Jos näkee kirkkaan 22 asteen renkaan, kannattaa katsella ympäri taivasta: tarjolla saattaa olla paljon muutakin ihasteltavaa. Haloja synnyttävät jääkiteet ovat yleensä kilometrien korkeudella olevissa yläpilvissä, joita esiintyy erityisen runsaasti kevätkuukausina. Parhaimpaan haloaikaan huhtikuussa saattaa taivaalla komeilla halo lähes päivittäin. Talvisaikaan maanpinnan lähellä esiintyy toisinaan jääsumua, joka koostuu yläpilvien tapaan pienistä jääkiteistä. Silloin voi nähdä kirkkaita ja värikkäitä jääsumuhaloja, jotka ovat hyvin lähellä, vain metrin tai parin päässä eli lähes käsinkosketeltavissa.

Kylmä kangastaa nopeasti

La, 03/16/2013 - 11:01 By Toimitus

Loppusyksyn ja alkukevään aurinkoisina pakkaspäivinä meren rannalla tai suuren vesistön äärellä kannattaa pitää silmänsä auki. Kaukaisuudessa siintävät saaret saattavat lähteä lentoon ja horisontin yläpuolella voi liikehtiä myös laivoja.

Ilmiössä ei ole mitään yliluonnollista, eikä se ole edes harvinainen. Pitää vain sattua sopivissa oloissa sopivalle paikalle ja osata katsoa oikeaan suuntaan.

Syksyiset kangastukset johtuvat siitä, että ilma on vettä viileämpää. Tyynessä säässä vedenpinnan yläpuolelle voi muodostua tarkkarajaisia ilmakerroksia, joissa lämpötila ylöspäin noustaessa vähitellen laskee.

Valo taittuu erilämpöisten kerrosten rajapinnoilla hieman eri tavalla. Silloin horisontissa tai jopa sen takana olevasta saaresta tulevat valonsäteet saattavat muuttaa kulkusuuntaansa niin voimakkaasti, että saari näyttää kohoavan ilmaan.

Keväisin tilanne on päinvastainen: aurinko lämmittää ilmaa niin, että se on talven aikana jäähtynyttä vettä lämpimämpää. Silloin lämpötila ylöspäin noustaessa kohoaa. Sama ilmiö on mahdollinen myös jään ja lumen yläpuolella.

Vaikka merihorisontissa leijuvat saaretkin ovat melko tavallisia, tutuin kangastus lienee hellesäällä rutikuivalla asfalttitiellä kajastava lätäkkö, joka lähemmäs tultaessa äkkiä katoaa tai näyttää siirtyvän kauemmas.

Ilmiön saa aikaan samanlainen erilämpöisten ilmakerrosten aiheuttama valon taittuminen, mutta kuumuutta hohkavan tien päällä valonsäteet kaartuvat ylöspäin. Asfaltilla näkyvä ”vesi” on siis taivaan kuvajainen.

Mitä alempaa kangastuksia tiirailee, sitä voimakkaampana ilmiö näkyy. Suotuisin korkeus vaihtelee olosuhteiden mukaan, mutta yleensä se on metrin paikkeilla.

Jos kaukaiset saaret näyttävät olevan aavistuksen irrallaan taivaanrannasta, kannattaa hieman kyykistellä ja hakea korkeus, jolla kangastukset näkyvät kaikkein voimakkaimmin – ellei lähistöllä satu olemaan kanssakulkijoita, jotka eivät välttämättä tiedä, mistä rauhalliseen tahtiin tehdyssä kyykkyhyppelyssä on kyse.