Tähtitieteellinen yhdistys Ursa

Ilmakehän optiset ilmiöt

Kehät ja väripilvet

Kehät

Kehät ovat, nimensä mukaisesti, valonlähteen ympärillä näkyviä näkyviä värikkäitä kehiä. Valonlähde voi olla aurinko, kuu tai keinotekoinen valonlähde. Joskus jopa jokin kirkas planeetta, kuten Venus tai Jupiter voi aiheuttaa ympärilleen kehän. Kehät muodostuvat valon vuorovaikutuksesta hyvin pienten hiukkasten, kuten pilvi- tai sumupisaroiden kanssa.

Kehän rakenne

Kehän sisintä osaa kutsutaan aureolaksi. Tämä on välittömästi valonlähteen ympärillä näkyvä valkea, punaiseen ulkoreunukseen päättyvä kehän sisin osa. Perinteisesti tämän aureolan sisintä, valkeaa osaa on nimitetty sisukseksi ja ulompaa punaista reunaa värireunukseksi. Aureolan ulkopuolella on havaittavissa toisinaan yksi tai useampi värivyöhyke. Värivyöhyke on valonlähteen ja punaisen värin tai kahden punaisen värin välinen alue.

Kehän tyyppi määritellään värivyöhykkeiden määrän mukaan. Jos kehästä ei ole näkyvissä kuin pelkkä aureola, käytetään siitä nimitystä kehä tai aureola. Periaatteessa tällaista kehää voidaan kutsua myös vaikka yksöiskehäksi, mutta käytännössä tällaista nimitystä ei käytetä. Jos aureolan lisäksi on havaittavissa yksi värivyöhyke (aureola+värivyöhyke), puhutaan kaksoiskehästä. Jos värivyöhykkeitä on kaksi (aureola+värivyöhyke+värivyöhyke), puhutaan kolmoiskehästä, jne.

Kehän synty

Kehät syntyvät valon ja mikrometrien kokoluokkaa olevien hyvin pienten hiukkasten (kuten pilvi- tai sumupisaroiden) keskinäisestä vuorovaikutuksesta.

Kehien syntyyn liittyy kaksi fysikaalista ilmiötä, diffraktio ja interferenssi. Diffraktio tarkoittaa sellaista ilmiötä, jossa hyvin pienet hiukkaset (kuten pilvi- tai sumupisarat) saavat aikaan sen, että valon kulkusuunta muuttuu alkuperäiseen kulkusuuntaan nähden. Pilvipisarat toimivat niin sanottuina diffraktioytiminä, joiden kautta kulkeva valo muuttaa suuntaansa. Valon kulku muuttuu siten, että pisaroista lähtevä valo jatkaa matkaansa eräänlaisina kehämäisinä aaltorintamina.

Toinen kehien syntyyn liittyvä ilmiö, interferenssi, on fysikaalisesti hyvin läheistä sukua diffraktiolle. Interferenssi on valon aaltoluonteesta johtuva ilmiö, joka tarkoittaa eräänlaista valon aaltojen keskinäistä vuorovaikutusta. Interferenssissä on kyse siitä, että keskenään samassa vaiheessa olevat aallot vahvistavat toisiaan, ja vastakkaisissa vaiheissa olevat kumoavat toisensa. Diffraktio, sekä valon interferenssi yhdessä saavat aikaan niin sanotun interferenssikuvion, jota kutsumme kehäksi.

Kehä voi muodostua periaatteessa minkälaisiin pilviin tai sumuun tahansa. Useimmiten kehä kuitenkin havaitaan altostratus- tai altocumuluspilvissä. Lisäksi kehiä havaitaan aivan yhtä usein stratus -pilvissä ja sumussa maanpinnalla. Koska kehä on diffraktioilmiö, ei diffraktioytiminä toimivien hiukkasten laadulla ole suurta merkitystä. Tämän vuoksi kehiä voi pilvi- ja sumupisaroiden lisäksi muodostua joskus myös yläpilviin, joissa jääkiteet toimivat diffraktioytiminä. Lisäksi siitepölyn aiheuttamia kehiä havaitaan yleisesti Suomessakin vuosittain. Periaatteessa ainoa rajoitus hiukkasille kehän syntyä ajatellen on valon aallonpituus ja hiukkasten koko. Hiukkasten on oltava suhteellisen pieniä, jotta diffraktioilmiö voisi tapahtua. Tällöin puhutaan hiukkasista, joiden koko on muutamia kymmeniä mikrometrejä. Tavallisimmin pilvi- tai sumukehiä aiheuttavien pisaroiden koko on luokkaa 10-40µm. Lisäksi hiukkasten muoto vaikuttaa kehän muotoon, minkä voi hyvin todeta erityisesti siitepölyhiukkasten kohdalla. Siitepölykehät eivät, kuten pilvi- tai sumukehät, ole symmetrisen pyöreitä. Ne ovat lähes kaikki jossain määrin ovaalinmuotoisia, ja lisäksi niissä on havaittavissa erilaisia kirkastumia.

Pisaroiden koko vaikuttaa kehän kokoon. Mitä suuremmat pisarat, sen pienempi kehä ja päinvastoin. Pisaroiden kokojakauma sen sijaan vaikuttaa kehän laatuun ja näinollen myös sen näyttävyyteen. Mitä tasaisempi pisaroiden kokojakauma on (eli mitä pienempi pisarajoukon koon keskihajonta), sitä hienompia kehiä niistä muodostuu! Komeimmat, moninkertaiset kehät muodostuvat usein pilviin tai sumuun, joissa pisaroiden kokojakauma on tasainen. Tämä tarkoittaa myös sitä, että tällainen pilvi tai sumu on syntynyt vasta aivan äskettäin, nimittäin vanhemmiten sumussa ja pilvessä pisarat törmäilevät ja yhdistyvät toisiinsa, ja näinollen pisaroiden kokojakauma kasvaa.

Väripilvet

Väripilvet ovat niin ikään valonlähteen (tavallisimmin aurinko) läheisyydessä näkyviä, nimensä mukaisesti värikkäitä pilviä. Väripilvet syntyvät samalla tavalla kuin kehät, eikä näiden kahden ilmiön välillä siis näin ollen ole mitään oleellista eroa. Väripilvien tapauksessa pisaroiden kokojakauma pilven eri osissa vain on paljon epätasaisempi kuin kehien tapauksesa. Väripilviä havaitaan tavallisimmin strato-, cirro- ja altocumuluksissa sekä erityisesti altocumuluksen alalajissa, altocumulus lenticularis -pilvissä, eli mantelipilvissä.

Joskus talvipakkasilla voi taivaalla nähdä väripilviä muistuttavia, hohtavia pilviä. Nämä pilvet ovat helmiäispilviä, ja ne muodostuvat korkealla stratosfäärissä talvisaikaan esiintyviin jääkidepilviin. Jään lisäksi näissä pilvissä esiintyy myös paljon muita aerosoleja, kuten typpi- ja rikkihappoa. Helmiäispilvien väriloiston syntymekanismi on samanlainen kuin kehien ja väripilvienkin tapauksessa.

RSS Zeniitti

RSS Taivaanvahti

RSS Avaruus.fi-foorumi