Fotó: Kriska Ferenc
Lord Rayleighről, más néven John William Struttról (1842-1919) volt az, aki elsőnek adott helyes elméleti magyarázatot az égbolt-polarizáció jelenségére. Egészen Rayleigh 1871-ben megjelent e tárgyú cikkéig a légköroptika egyik rejtélyének számított az égboltfény intenzitásának, színének és polarizációjának magyarázata. Ezt ugyanis nem sikerült az addig uralkodó feltételezésekkel megmagyarázni, melyek szerint az égbolt kék színe és polarizációja a napfénynek a légkörben lebegő apró vízcseppeken vagy egyéb részecskéken való törésére és az azokról történő visszaverődésére vezethető vissza. Lord Rayleigh mutatott rá, hogy e légköroptikai jelenségek a napfénynek a fényhullámhossznál sokkal kisebb, légkörbeli részecskéken történő szóródásával magyarázhatók. Az így szóródó fény intenzitása a hullámhossz negyedik hatványával fordítottan arányos, azaz minél rövidebb a hullámhossz (minél közelebb esik az ultraibolya tartományhoz), annál erősebben szóródik a fény. Később e szórási típus Rayleigh-ről kapta a nevét.
Lord Rayleigh jött rá elsőnek arra, hogy ha a földi légkörben az eredendően polarizálatlan napfény csak egyetlen egyszer szóródna (e közelítést hívjuk Rayleigh-modellnek), akkor a földfelszínről nézve az égbolt polarizációjának eloszlása viszonylag egyszerű képet mutatna: (i) A Nap irányától távolodva a polarizációfok nulláról fokozatosan növekedne, mígnem a Naptól 90o-ra elérné maximumát, a 100 %-ot, majd ismét csökkenne, s a Nappal ellentétes pontban, az antinap helyén ismét zérus lenne. (ii) Az égboltfény polarizációiránya (E-vektora) mindig merőleges lenne a szórási síkra, amely átmegy a földi megfigyelőn, a Napon és az égbolt megfigyelt pontján.
A valóságban azonban a fotonok nemcsak egyszer, hanem akár többször is szóródhatnak a légkörben, mire lejutnak a földfelszínre. Minél gyakoribb a légkörben a fotonok többszörös szóródása, annál jobban eltér az égbolt polarizációja a Rayleigh-modell jósolta helyzettől. Ennek eredményeként az eredő polarizációfok egyre kisebb lesz.
A teljes égboltot leképező, 180° látószögű halszemoptikás polariméter a legkülönfélébb időjárási viszonyok mellett is képes az egész égbolt polarizációs mintázatát gyorsan és pontosan mérni, még olyan gyors időbeli változások mellett is, mint a felhők elmozdulása.
Derült égbolt 180° látószögű képalkotó polarimetriával mért polarizációs mintázatai. 1. sor: Színes fénykép. 2. sor: Polarizációfok-mintázat, ahol a fehér jelöli a polarizálatlan, míg a fekete a teljesen poláros fényt. 3. sor: Polarizációirány-mintázat a négyszínű palettával. Az erős közvetlen napfény zavaró becsillanásai a halszemobjektív elé felszerelt, a Nap elevációszögétől függően mozgatható, a fényképen is látható napkitakaró pálca használatával kiküszöbölhető (Fotó: Horváth Gábor)
Számos állat használja tájékozódásra a Nap azimutszögét (egy adott vízszintes irányhoz, például északhoz képesti vízszintes szögét), mint viszonyítási irányt. Ha azonban a Nap nem látható (mert például felhő, növényzet vagy tereptárgy takarja, vagy a horizont alatt helyezkedik el), akkor számos faj az égbolt polarizációs mintázatát használva képes tájékozódni.
A tiszta égbolt polarizációs mintázata szabályos és erősen függ a Nap helyétől, ha azonban az égbolt részben vagy egészen felhős, akkor a felhők jelenléte miatt a polarizációs mintázat összetettebb. A felhők nagyon eltorzítják a tiszta égboltnál megfigyelt polarizációfok-eloszlást, az égbolt polarizációirány-mintázata ugyanakkor felhők jelenlétében sok esetben csak kissé torzul. A felhő típusától, vastagságától és magasságától, valamint a Nap láthatóságától (látható vagy felhő takarja) függően a tiszta ég polarizációirány-mintázata többnyire folytatódik a felhők alatt is, ami jól látszik.
Tiszta, felhős, borult, ködös és erdőtűztől füstös égbolt 180° látószögű fényképe és képalkotó polarimetriával a spektrum kék (450 nm) tartományában mért polarizációirány-mintázata, ahol a körök középpontja a zenit, kerülete pedig a horizont. E mintázatok tükörszimmetria-tengelye a szoláris-antiszoláris meridián, ami számos polarizáció-érzékeny állat térbeli tájékozódásának viszonyítási iránya (Fotó: Horváth Gábor)
Az éjszakai égbolt legfontosabb természetes fényforrása fényessége tekintetében a holdfény, valamint ennek földi légkörben szóródó fénye. A teliholdas és a nappali égbolt polarizációs mintázatait összehasonlítva megállapíthatjuk, hogy e két polarizációeloszlás gyakorlatilag megegyezik, ha azonos a Hold és a Nap égbolton elfoglalt helye. Az éjszakai égbolt polarizációirány-mintázatain nyolcas alakú tartományok figyelhetők meg, melyek hossztengelye mindig párhuzamos az adott égbolt lunáris meridiánjával.
Tiszta égbolt fényképe, valamint az égboltfény d polarizációfokának és α polarizációszögének mintázatai a spektrum kék (450 nm) tartományában 2013. március 22-én naplemente után Szombathelyen, mikor a Hold 78 %-os fázisban járt. A fényképeken és a d-mintázatokon látható foltokat a polariméter műanyag védőburkára hullott esőcseppek okozták. A Nap, a Hold és a neutrális pontok helyét pontok jelzik. sAr: szoláris Arago-pont. sN: szoláris neutrális pont. ℓN: lunáris neutrális pont. sBa: szoláris Babinet-pont. ℓBa: lunáris Babinet-pont. ℓBr: lunáris Brewster-pont (Fotó: Horváth Gábor)
Állatani vonatkozások
A Scarabaeus zambesianus galacsinhajtó bogarak a galacsin golyójukat a központi trágyakupactól egy egyenes mentén görgetik sugár irányban kifelé, hogy minél hamarabb eltávolodhassanak a kupactól, ahol sok fajtársuk tolong a peték és lárvák fejlődéséhez szükséges, értékes nyersanyagra vadászva, miközben gyakran egymástól lopják el a már kész galacsint. A galacsin egyenes mentén történő görgetése során a nappal aktív galacsinhajtók a Nap iránya alapján tartják a galacsin egyenes pályáját, amikor pedig a Napot felhők takarják, akkor a napsütötte égbolt polarizációs mintázatából következtetik ki a Nap irányát. Naplemente után, mikor a Hold nem látható, az éjjel aktív galacsinhajtók tájékozódása kizárólag a szürkületi égbolt szórt napfény által keltett polarizációs mintázatára épül. Amikor a Hold felkel, a galacsinhajtók navigációja a szórt holdfény által létrehozott polarizációs mintázat alapján folytatódik. E poláros szórt holdfény intenzitása fokozatosan csökken, ahogy a holdkorong Nap által megvilágított hányada csökken. Még a holdsarló körüli rendkívül kis intenzitású égbolt-polarizációs mintázat is elegendő az éjszaka aktív galacsinhajtóknak ahhoz, hogy egyenes mentén görgessék galacsinjukat.
Forrás
