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22° Halo 12.05.2014
22° Halo 12.05.2014
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michael
 

  Versuche zur Darstellung der atmosphärischen Erscheinungen  


Mit einigen Hilfmitteln möchte ich, soweit es möglich ist, näher auf atmosphärische Leuchterscheinungen eingehen und sie in Versuchen simulieren und darstellen.



Dazu gehören Regenbögen, Nebelbögen, Glorien, Koronen und jede Menge Halos!
Durch diese Experimente ist es einfacher, die Entstehung der Phänomene nachzuvollziehen. (Hits: 8617)
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Regenbögen höherer Ordnung in monochromen Licht (grüner 5mW Laser) (2)


Der primäre wie auch der sekundäre Regenbogen; also Haupt- und Nebenregenbogen; sind allgemein bekannt.
Regenbögen höherer Ordnung weitaus weniger, sie wurden durch Berichte zufolge zwar schon gesichtet, aber bis zum 15.05.2011 waren sie fotografisch noch nicht nachgewiesen.

Was ist ein Regenbogen höherer Ordnung ?

Einfallendes Sonnenlicht wird beim Eintritt in einen Wassertropfen einmal (Hauptbogen), bzw. zweimal (Nebenbogen) reflektiert, ehe es den Tropfen wieder verläßt. Höherwertig bedeutet nur, dass die Anzahl der Reflektionen innerhalb des Tropfens zunimmt. Mit jeder internen Reflektion nimmt die Helligkeit des jeweiligen Bogens ab. Zudem wird der Bogen mit jeder Reflektion auch breiter, was dazu führt das der Regenbogen einer höheren Ordnung sich vom Hintergrund nur noch schwer abhebt.
Bei der 3. und 4. Ordnung hat man das erschwerende Problem der Vorwärtsstreuung, was bedeutet, dass diese Bögen zur Lichtquelle hin entstehen.

Die 5. und 6. Ordnung sind wieder in Sonnengegenrichtung zu suchen aber wie oben schon beschrieben wird die Helligkeit der Bögen immer geringer, was mit zunehmender Breite der Bögen eine deutliche Abhebung vom Hintergrund fast unmöglich macht.

Die 5. Ordnung wäre die Ordnung, die bei besten Bedingungen wahrgenommen werden könnte. Wenn auch nur in einem schwachen Grünton, denn die Position dieses Bogens ist im "Alexander-Dunkelband" etwa bei 49° Radius um den Sonnengegenpunkt.

Die 6. Ordnung hingegen liegt in einem Bereich, die vermutlich von den starken Interefernzbögen des Hauptbogens "verschluckt" werden.

In einem Versuch mit einem Laserstrahl und einem einzelnen Wassertropfen, hatte ich die Möglichkeit Regenbögen bis zur 10. Ordnung zu beobachten und dokumentieren.

Den ganzen Versuchsbericht könnt Ihr Euch in dieser PDF-Datei genauer anschauen.

Regenbögen höherer Ordnung in divergentem weißen Licht (3)


In dieser Testreihe werden die Regenbogen-Ordnungen als Spektrallinie dargestellt und nicht als kreisförmige Bögen.

Aus diesem Grund baute ich einen Konstruktion die es ermöglicht, einen stabilen, ruhig fließenden Wasserstrahl in der Mitte eines Metallringes zu platzieren.

Als Lichtquelle wurde anfangs ein Dia-Projektor verwendet, welcher durch eine Blende mit 0,2mm Bohrung einen feinen weißen Lichtstrahl erzeugte.
Dieser Lichtstrahl tritt über eine Eingangsöffnung am Metallring ins Innere und trifft auf den Wasserstrahl. Dadurch werden, je nach Abschattung des Wasserstrahles, die einzelnen Ordnungen des "Regenbogens" sichtbar.
Bedingt durch die Form des Wasserstrahl (Zylinder), ist dementsprechend auch das Aussehen des austretenden Spektrums; eine Linie.

Der Vorteil dieser Konstruktion: Durch den mittig platzierten Wasserstrahl werden die einzelnen Farbspektren unterschiedlicher Ordnungen winkelgerecht am Metallring dargestellt.

Zwischenzeitlich wurde der Dia-Projektor gegen einen Beamer ausgetauscht, dieser ermöglicht eine genauere Justierung des Lichtstrahles. Zudem kann nicht nur ein weißer Lichtstrahl verwendet werden, sondern auch die anderen Bereiche des Farbspektrums.

Gerade mit dem langwelligen Rot und dem kurzwelligen Blau lassen sich die unterschiedlichen Austrittswinkel gut darstellen.

Künstlich erzeugte Halos (4)


Um die Entstehungsweise von Halos zu verstehen, konstruierte und baute ich verschiedene Vorrichtungen (Halomatoren ©), die einen Kristall aus Plexiglas um seine Hauptachse rotieren läßt und diese Hauptachse zusätzlich um sich selbst. Diese Rotation simuliert eine Vielzahl von Eiskristallen in der Atmosphäre, die alle möglichen Lagen im Raum einnehmen.

In dieser PDF-Datei könnt Ihr Euch meinen Versuchsaufbau genauer anschauen.

Quételet Ringe (2)


Quételetsche Ringe entstehen an Staub- und/oder Schmutzpartikeln der an Glasscheiben haftet. Durch Lichtbeugung an diesen Partikeln und Reflektion an der Scheibe entstehen durch diesen Zusammenhang unterschiedliche Lichtwege die sich überlagern und somit diese farbige Interferenz erzeugen.

Interessant ist die Symmetrie der Ringsysteme, sowie die spektrale Farbaufteilung.
Das Spiegelbild einer Lichtquelle (Lampe/Sonne) liegt auf einem weißen Ring, dessen fiktives Zentrum außerhalb der reflektierenden Fläche (Spiegels/Fensters) ist.

An diesen weißen Ring schließen sich nun die farbigen Ringe an, einmal vom Zentrum des weißen Ringes weg, als auch zum Zentrum hin.
Die Farbfolge ist immer vom weißen Ring aus mit Blau beginnend und mit rot endend. Überlagerungen zeigen dann stetige Wiederholungen von Grün und Rot.

Entscheidend für die Form und Erscheinung der Ringe ist auch die Position von Beobachter, Lichtquelle und reflektiernder Fläche.
Das Quételetsche Ringsystem ändert seine Lage entgegengesetzt der Positionsänderung, wenn sich beispielsweise ein Beobachter nach links bewegt, ändert sich das Ringsystem nach rechts.

Auch die Entfernung zur reflektierenden Fläche hat Einfluss auf die Form der Ringe. Nähert man sich der Fläche, werden die Radien der Bögen größer und die Anzahl der Ringe erhöht sich.



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