Lendav füüsikatsirkusLendav füüsikatsirkus : Aupaiste ja Kuu heledus

Aupaiste ja Kuu heledus

Joonis 6-15a

Vaatle oma pea varju hommikukastesel rohul. Seda võib ümbritseda hele valgus, mis kannab nime aupaiste (joonis 6-15a). Sarnast heledat ala võib oma varju ümbritsemas näha ka mitmel muul pinnal: kuival rohul või muul taimestikul, madalal veeväljal, mis on lainesäbruga kaetud, ning paljudel kuivadel karedatel pindadel. Heledat triipu võib näha ka liikuva auto varjul, kui see ulatub rohuplatsile.

Otsi lennukiga lendamise ajal aupaistet maapinnalt lennuki varjupunktist (punktist, mis jääb täpselt päikese vastu). Sellal, kui vari liigub üle rohu, puude, palja maapinna, tänavate ja pilvede, aupaiste ilmub ja kaob. Maapinna lähedal vaadates võib helenduses näha äkilisi sähvatusi. Maapinnast palju kõrgemal olles võib mõnikord näha tumedat joont, mis aupaistest välja ulatub. Mis tekitab aupaistet, heledaid sähvatusi ja tumedat joont?

Aupaiste ümber kuumaõhupalli varju rohupõllul.
Aupaiste lennuki varju ümber pilvedel.

Kui teatud taimi, mis on kastega kaetud, valgustatakse taskulambi või stroboskoobiga, siis hakkavad valgusallikat hoidva inimese jaoks taimed helendama. Teised inimesed küljelt seda helendust aga ei näe. Kuidas selline helendus tekib ja miks kõik taimed niimoodi ei helenda?

Täiskuu on ca 25% heledam, kui vaid veidi noorem või vanem kuu.
Pildistajale vastu helkiv lill.

Just siis, kui on täiskuu, saavutavad kõik valgustatud alad Kuu pinnal oma heleduse maksimumi. Mistahes ala Kuu pinnal võib olla 25% heledam kui päev enne või pärast täiskuud. Mis põhjustab Kuu pinnalt hajunud päikesevalguse intensiivsuse äkilise suurenemise? (Enne astronautide Kuule saatmist muretses NASA, et see pinnaselt tagasi hajunud valgus võib astronaute Kuul pimestada, kui nende kiivritel ei ole spetsiaalseid kaitseklaase.)

Neil Armstong kuul. Tema visiirilt paistab ka pildistaja, Buzz Aldrin.
Kui peegeldust visiiril lähemalt vaadata on näha aupaiste Buzz Aldrini kiivri ümber.
Ruuduliseks niidetud muru.

Kui spordiväljaku muru teatud viisil niita, paistab muru nagu malelaud, kus on heledad ja tumedad ruudud. Mis põhjustab sellist erinevust heleduses? Kas vanas ütluses, et rohi on kaugemal rohelisem, leidub teaduslikku tõtt?

Vastus Vaatleme esmalt kuiva muru. Kui vaadelda piirkonda, mis jääb ümber varju, võib näha ainult rohuliblesid. Varje, mida need heidavad, pole näha, sest need jäävad rohuliblede taha. Niisiis on piirkond hele, sest silma jõuab ainult sellelt peegeldunud päikesevalgus. Kui vaadata heledast piirkonnast kaugemale, on juba näha ka rohuliblede varjud ja summaarne heledus kahaneb. Kontrastina on piirkond pea varju ümber hele.

Karedal pinnal võivad aupaistet tekitada väikesed lohukesed, mis on ligikaudu täisnurkse kolmnurga kujulised. Sellised piirkonnad peegeldavad valgust allika poole tagasi ja osa peegeldunud kiirgusest jõuab vaatlejani. Teised vormid ja materjalid võivad veel lisaks valgust tagasi saata, seda eriti siis, kui pind on poorne ja selles on „tunnelid”. Kui vaadata varju oma pea ümber, võib näha valgust, mis on tagasi hajunud nende tunnelite sisepindadelt, kuid rohkem külje pool neid näha ei ole.

Kastesel rohul võib valgus kastepiiska siseneda, selle tagapinnalt ja rohuliblelt peegelduda ning siis piisast enam-vähem päikese suunas väljuda. Rohi ümber pea varju paistab hele, sest näha on osa peegeldunud valgusest. Kui vaadelda rohkem küljele jäävat muru, ei jõua kastelt peegeldunud valgus silma ja rohi ei ole seal nii hele.

Kerakujuline tilk fookustab valguse väikeseks täpiks veidi maad enda taga. Naasev valgus on kõige heledam siis, kui rohulible asub täpselt fookuses, kuid tavaliselt paikneb piisk otse lible peal. Teatud tüüpi lehed on kaetud väikeste karvakestega, mis hoiavad piiska mõnevõrra kõrgemal, ning sellised lehed tekitavad väga heleda aupaiste.

Kui lamp valgustab veepiisku taimestikul, siis saadetakse osa valgusest aupaistena umbes lambi suunas tagasi. Naasnud valgus on palju heledam siis, kui piisad on peaaegu kerakujulised. Teatud taimede vahajastel lehtedel moodustab vesi kerakujulisi piisku. Kui sellist taime tabab välklambi sähvatus, tundub see võrreldes teiste taimedega kiirgavat.

Heledaid sähvatusi aupaistes põhjustavad tavaliselt peegeldid, mis on harilikult klaas- või plastkuulid, mis suunavad valgust allika poole tagasi. Sellised pisikesed peegeldid võivad olla näiteks liiklusmärkide värvis, et saata esitulede valgust juhi poole tagasi. Niimoodi on märke pimedas hästi näha. Kui lennuki vari möödub sellisest märgist, jõuab vaatlejani osa valgusest, mille märk saadab enam-vähem päikese suunas. Tume joon, mis mõnikord aupaistet saadab, on tingitud kondensatsioonitriibust, mille lennuk taevasse jätab.

Kui lennuk on küllalt madalal, et selle varju näha, siis võib olla näha ka hele riba varju ümber. Riba võib olla tingitud valgusest, mille taimestikul olevad veepiisad saadavad enam-vähem päikese suunas (seega aupaiste), kuid need piisad võivad ka õhus hõljuda. Siiski võib sellist riba näha ka siis, kui veepiisku pole (näiteks kuiva ja viljatu maapinna kohal). Samuti võib heledat riba näha mõne teise lennuki varju ümber. Viimast nähtust ei saa kindlasti põhjustada veepiisad. Sellisel juhul on hele riba tajude tekitatud illusioon. Kui tume piirkond (näiteks lennuki vari) on vaateväljas heleda ala kõrval, siis tekitab nägemissüsteem kahe piirkonna lahutuspinnale heleda riba (tuntud Machi ribana).

Joonis 6-15b

Päikesevalgus võib Kuu pinnalt hajuda peaaegu igas suunas. Siiski on hajunud valgus kõige heledam Päikese suunas, sest valguskiired saavad üksteist selles suunas tugevdada. Kaks kiirt, mis on teineteisest veidi eraldatud, võivad läbida Kuu pinnases sama tee, kuid vastassuundades. Pinnasest väljumisel liiguvad kiired tagasi Päikese poole (joonis 6-15b). Lained neis kahes kiires on enam-vähem samas faasis ja tugevdavad niimoodi teineteist; nende kombineerumisel tekib hele valgus. Täiskuu ajal jääme me sellesse heledasse Päikese suunas hajunud valgusesse ja nii paistab Kuu meile eriti hele. Teistel öödel väljuvad valguskiired pinnasest suvaliselt ning üldiselt ei võimenda üksteist. Seetõttu pole Kuu nii hele.

Mõned samblad võivad samuti valgust Päikese poole niimoodi tagasi saata, et valguslained üksteist võimendavad. Seda heledat valgust võib näha siis, kui vaatleja varju tipp langeb suhteliselt kaugele samblale. Rohkem on seda märgatud samblarohketest piirkondadest tehtud aerofotodel.

Malelaua muster niidetud murul tekib asendist, millesse niiduk jätab rohulibled. Mõnes kohas paiknevad libled nii, et peegeldavad valgust vaatleja poole, samal ajal teistes kohtades need seda ei tee ja näha on hoopis nende varjud.

Muru võib kaugelt tunduda rohelisem, sest kui vaadata muru peale kaldu, ei paista selle all olev pruun muld, seda näeb paremini, kui vaadata ülevalt alla. (Kindlasti peitub siin ka võrdpilt elu ja suhete kohta, kuid sellega võib juba lugeja ise edasi tegeleda.)