Атмосферная оптика

Существует показательный пример поляризации света в естественных природных условиях. Это поляризация обычного дневного света неба. Причина этого явления нам известна — поляризация при молекулярном рассеянии. Вследствие поперечности световых волн свет, рассеянный изотропными молекулами в направлении, перпендикулярном первоначальному, должен быть линейно поляризован. Степень поляризации света голубого неба весьма различна в разных точках небосвода. Если Солнце находится вблизи горизонта (на восходе или на закате), то наибольшая степень поляризации света синего неба будет на большом круге, плоскость которого проходит через зенит и перпендикулярна к направлению на Солнце. Направление электрического вектора рассеянного света всегда нормально к плоскости: Солнце — наблюдатель — точка рассеяния. Следовательно, он горизонтален в зените и вертикален вблизи горизонта.

Наименьшая поляризация, грубо говоря, соответствует направлению на Солнце и противоположному направлению. Очевидно, что состояние поляризации в различных точках небосвода зависит от положения Солнца, т.е. от времени дня. Качественное исследование этого распределения поляризации по ясному небосводу можно произвести с помощью поляроида или любого другого анализатора. Для более точных измерений наиболее часто применяются полярископ Савара, фотоэлектрические поляриметры, иногда компенсатор Бабине.

Существует такое явление как азимутального распределения степени поляризации по большому кругу небосвода, проходящему через зенит и Солнце. За положительную принята поляризация с горизонтальным преимущественным направлением колебаний. Максимум поляризации соответствует примерно углу 90° от Солнца. Вблизи направления на Солнце поляризация дважды меняет знак, проходя через нулевые значения. Это так называемые нейтральные точки. Выше Солнца расположена нейтральная точка Бабине, а ниже него — нейтральная точка Брюстера. Если Солнце очень близко к горизонту, то нижней нейтральной точки не видно, но зато появляется другая нейтральная точка Араго на противоположной стороне небосвода. В направлении прямо на Солнце поляризация очень невелика, но имеет другой знак — преимущественное направление колебаний вертикально. Как правило, поляризация света неба частичная линейная. Однако иногда удается обнаружить с помощью компенсатора Бабине небольшую эллиптическую поляризацию.

Эта азимутальная зависимость получена для ясного неба экспериментально и хорошо совпадает с расчетной для молекулярного рассеяния. Если на опыте обнаруживаются отступления от этой зависимости, то они указывают на присутствие рассеяния на облаках водяного пара, аэрозолях и других включениях, создающих мутность атмосферы. Поляризация рассеянного света является вообще очень хорошим индикатором процесса рассеяния и методом его детального изучения. Например, поляризация света, рассеянного облаками, всегда много меньше (или он даже совсем не поляризован), чем рассеянного ясным небом. Этим пользуются, например, в фотографии, с помощью поляроида усиливая контрастность облаков. Для цветной фотографии это единственный способ, так как желтыми и оранжевыми фильтрами пользоваться нельзя. Точно так же дым не поляризует рассеянный свет, что можно использовать для обнаружения на фоне неба лесных пожаров с больших расстояний. С помощью детальных поляризационных измерений можно исследовать загрязненность атмосферы аэрозолями. Большое влияние на поляризацию оказывает и состояние земной поверхности. Например, снежный покров заметно ослабляет поляризацию небесного света. Поляризация может служить тонким методом изучения чистоты атмосферы, турбулентности воздушных масс и т. п. и поэтому наряду с традиционными методами синоптики привлекаться для прогнозирования погоды. Если, например, в ясную погоду замечается уменьшение поляризации, то это показывает, что по небу уже идут облака, но столь слабые, что они еще незаметны глазу. Таким образом можно заранее предсказать изменение ясной погоды на пасмурную. В ряде случаев этим способом можно сделать прогноз значительно раньше, чем с помощью других методов. Есть сведения, что этот метод, например, может служить для предсказания приближения тайфунов. Признаками приближения определенных изменений погоды являются также своеобразные изменения положения на небе нейтральных точек. Так, удаление их от Солнца является признаком устойчивой хорошей погоды, а приближение к Солнцу предвещает перемену погоды.

Поляризация рассеянного света неба была использована также для создания поляризационного небесного компаса. Он полезен на территориях, расположенных вблизи магнитных полюсов Земли, где непригодны обычные магнитные компасы. Поляризационный компас применяется в дневное время, но в таких случаях, когда невозможно прямое наблюдение Солнца, например, когда имеется значительная (но не сплошная) облачность или когда Солнце за горизонтом (незадолго перед восходом или вскоре после заката). Поскольку распределение поляризации по небосводу однозначно для данного времени дня, то ясно, что, найдя направление преимущественных колебаний в некоторой точке, можно определить истинное направление на север. Точность прибора порядка 2°.

Имеются экспериментальные данные о своеобразии поляризационных явлений в сумерках. Поляризация света неба в зените при низком положении Солнца немонотонно зависит от его высоты. Она то возрастает, то убывает, причем по-разному в разные дни. Кроме того, с уменьшением высоты Солнца наблюдается «блуждание» нейтральных точек. Причина этих явлений лежит, по-видимому, в том, что во время сумерек происходит интенсивное перераспределение плотности в атмосфере, возникают потоки воздуха, меняется состояние ионосферы и т. д. Большее значение начинают играть и процессы многократного рассеяния света, не учитываемые в простейшей теории.

Не менее любопытны сведения об обнаружении вращения плоскости поляризации на больших высотах, а также во время солнечного затмения. Эти наблюдения относятся к области вблизи нейтральных точек, где особенно велика роль многократного рассеяния и различных вторичных эффектов. К сожалению, экспериментальные данные здесь пока очень немногочисленны и неполны.

Мусор и отходы — бич современной цивилизации. Даже в быту нередко отходных материалов становится так много, что их некуда помещать. Именно поэтому современные высокопрочные мешки для мусора 90 литров всегда нужны на любом предприятии или муниципальном объекте. Такие мешки хороши не только для хранения, но и для транспортировки. Обладая повышенной прочностью и объемом, пакеты могут иметь очень широкий спектр применения.