السماء أكثر من مجرد خلفية زرقاء فوق رؤوسنا. تشهد ظواهر عديدة فيها، تُقدّم لنا مشهدًا طبيعيًا من الضوء والألوان، من أرقّ السحب إلى أقواس قزح نابضة بالحياة، وصواعق البرق العابرة في العواصف، والمؤثرات البصرية المذهلة. هذه العناصر ليست جزءًا من حياتنا اليومية فحسب، بل كانت أيضًا مصدر إلهام وبحث وإعجاب منذ القدم.
إن فهم كيفية تشكل هذه المخلوقات السماوية - السحب، وأقواس قزح، والبرق، وغيرها من الظواهر - أشبه بالغوص في أعماق علم الأرصاد الجوية. فمن خلال العلم، يمكننا كشف أسرار كل سحابة قزحية، وكل وميض كهربائي، وكل شريط متعدد الألوان يمتد عبر السماء. إذا توقفت يومًا لتنظر إلى السماء بعد عاصفة أو في يوم مشمس وتساءلت عن أصل هذه المشاهد، فإليك الإجابة.
دور السحب في السماء
السحب هي الأبطال بلا منازع في علم الأرصاد الجوية البصريةتتشكل عندما يُشكّل بخار الماء المُتكاثف في الغلاف الجوي قطرات ماء صغيرة أو بلورات جليدية مُعلّقة على ارتفاعات مُختلفة. وحسب تركيبها وموقعها، قد تبدو السحب قطنية، أو رقيقة، أو كثيفة، أو أحيانًا تكاد تكون غير مرئية للعين البشرية.
ومن بين أنواع السحب المختلفة، تبرز الأنواع التالية: سحب عالية ورقيقةمثل سحب السمحاق الطبقية، القادرة على إحداث تأثيرات بصرية مذهلة عند تفاعل ضوء الشمس مع جسيماتها. ورغم أنها غالبًا ما لا تُلاحَظ في الحياة اليومية، إلا أنها قد تكون مسؤولة، في ظل ظروف معينة، عن ظواهر فريدة وملونة في السماء.
قوس القزح: مشهد من الضوء واللون
قوس قزح هو بلا شك أحد الظواهر الأكثر جاذبية وشهرةوعلى الرغم من شعبيتها، فمن المهم أن نتذكر أن هذا ليس جسمًا ماديًا، بل هو وهم بصري ناتج عن تفاعل ضوء الشمس وقطرات الماء المعلقة في الغلاف الجوي.
La الضوء الأبيض من الشمس فهو يتكون من جميع ألوان الطيف المرئي، وكل لون من تلك الألوان ينتقل في طول موجي مختلفعندما يمر ضوء الشمس عبر الغلاف الجوي ويقابل قطرات المطر، فإنه ينكسر (يغير مساره)، وينفصل إلى ألوانه المختلفة، وينعكس بعض هذا الضوء داخل القطرة، ليخرج في النهاية بألوان مقسمة بالفعل.
لكي نتمكن من رؤية قوس قزح، يجب أن تتوفر شروط معينة:
- وجود العديد من قطرات الماء المعلقة (إما بعد المطر، أو في الضباب الكثيف، أو بالقرب من شلال).
- يجب أن تكون الشمس خلف الراصد ومنخفضة نسبيا في الأفق.
- ينبغي أن تكون السماء أمامنا صافية. حتى يتمكن الضوء من الانكسار والانعكاس بشكل صحيح.
تذكرنا هذه الظاهرة اللونية أنه على الرغم من أن الشمس تبدو صفراء، إلا أن ضوءها في الواقع يحتوي على جميع الألوان، والغلاف الجوي هو المسؤول عن تصفيتها واللعب بها لإظهار ما تراه أعيننا على أنه قوس قزح.
السحب المتلألئة: مروحة الباستيل في السماء
إذا سبق لك أن واجهت سحبًا تبدو وكأنها مغطاة بخطوط بألوان الباستيلكما لو كان قوس قزح ناعمًا، ربما تكون قد شهدت ظاهرة سحابة قزحية الألوانيحدث هذا المشهد المذهل في الأيام المشمسة عندما تظهر، إلى جانب سماء صافية في الغالب، سحب دقيقة للغاية ومنخفضة الكثافة في الطبقات العليا من الغلاف الجوي.
ال غيوم قزحي الألوان إنها تعرض مجموعة من النغمات الناعمة بسبب عملية بصرية تسمى حيود الضوءيحدث هذا عندما تمر أشعة الشمس عبر جزيئات الماء الصغيرة أو بلورات الجليد التي تشكل السحابة: سحب سمحاقية.
- يجب أن تكون القطرات التي تتكون منها السحابة صغيرة للغاية، في حدود الميكرومتر.
- يجب أن يكون لهذه الجسيمات حجم متشابه جدًا مع بعضها البعض للسماح بتأثير الحيود المتجانس.
- ينبغي أن تكون السحابة رقيقة وغير كثيفة جدًا.، مما يعزز تشتت الضوء في شكل مروحة لونية.
عندما يتفاعل ضوء الشمس مع هذه السحب الرقيقة، ينحني كل لون في اتجاه مختلف قليلاً حسب طوله الموجي. فالألوان ذات الموجات الأطول (مثل الأحمر والبرتقالي) تنحني بدرجة أقل، بينما تنفصل الألوان ذات الموجات الأقصر (مثل الأزرق والبنفسجي) بشكل أكبر، مما يُشكل أنماطًا متموجة أو حلقات حول السحب، بدرجات من الوردي أو الأخضر أو البرتقالي أو الأزرق الباستيل.
لكي تحدث هذه الظاهرة بكثافة، تميل أصغر قطرات الماء إلى التركز على حواف السحب، خاصةً أثناء تبخرها. عندما تكون القطرات متعددة الأحجام، تكون النتيجة مجموعة من الأشرطة اللونية الأقل سطوعًا، لذا تعتمد شدة التأثير على تجانس وحجم الجسيمات.
الهالة الشمسية: دائرة من الألوان حول الشمس
في بعض الأحيان الشمس محاطة بدائرة من الألوان يذكرنا بقوس قزح عملاق، يُعرف باسم هالة شمسيةتحدث هذه الظاهرة البصرية عندما تكون هناك طبقة من السحب المرتفعة جدًا، تسمى السحب الطبقية، تتكون من آلاف من بلورات الجليد. عندما تمر أشعة الشمس عبر هذه البلوراتيتم تقسيم الضوء إلى الألوان المكونة له، تمامًا كما يحدث مع المنشور الزجاجي.
يبدأ تسلسل الألوان في الهالة عادةً باللون الأحمر قرب الشمس وينتهي باللون الأزرق في أقصى أجزائها. ورغم أن مظهرها قد يشبه قوس قزح، إلا أن الآلية الفيزيائية وراء الهالة الشمسية مختلفة: هنا، يغلب لون الشمس. انكسار وانعكاس الضوء في بلورات الجليد، بدلاً من قطرات من الماء السائل.
يمكن أن تظهر الهالات بأشكال مختلفة - أقواس، أو بارهيليا، أو حتى هالات مزدوجة - وهي أكثر شيوعًا مما نعتقد، خاصة في الأيام التي يكون فيها حجاب السحب العالية رقيقًا بما يكفي للسماح للضوء بالمرور، ولكنه موجود بما يكفي للسقوط على بلورات الجليد المعلقة.
البرق: الطاقة والكهرباء في العواصف
البرق، على عكس قوس قزح أو السحب المتلألئة، هو ظاهرة كهربائية. ويمكن اعتبارها أشياء مادية، على الرغم من قصر عمرها وقوتها الهائلة. تحدث عندما تولد السحب العاصفة المشحونة كهربائيًا فرقًا محتملًا كبيرة بما يكفي للتغلب على مقاومة الهواء، وبالتالي خلق تفريغ كهربائي مرئي ومسموع.
يتطلب تكوين البرق وجود ثلاثة مكونات رئيسية داخل سحب العاصفة:
- كريستالات الثلج
- قطرات المطر
- جزيئات الغبار العالقة
عندما تتحرك هذه الجسيمات داخل السحابة، فإنها يمكن أن تكتسب شحنات كهربائية معاكسة. تميل الشحنات الإيجابية إلى الارتفاع إلى أعلى السحابة.بينما تتجمع الشحنات السالبة في الأسفل. هذا يُسبب شحن سطح الأرض أسفل السحابة مباشرةً بشحنات موجبة، بما في ذلك قمم الأشجار والمباني وحتى البشر.
البرق هو الاستجابة الطبيعية لهذا الخلل الكهربائي.: تفريغ يهدف إلى معادلة فروقات الشحنات وتثبيتها. يمكن أن ينشأ البرق بين السحب والأرض، أو داخل سحابة واحدة، أو بين سحابتين مختلفتين، مشكلاً أنماطاً مذهلة وخطيرة في آن واحد.
لذلك فإن ظهور البرق هو تذكير بالقوة الهائلة التي تحتويها كتل الهواء المتحركة في الغلاف الجوي، وبالتنوع الواسع للظواهر الكهربائية والبصرية التي يمكن أن تنشأ من سحابة عاصفة بسيطة.
عندما يتقاطع البرق وقوس قزح في السماء
من خلال الجمع في صورة واحدة بين اثنتين من أكثر الظواهر الجوية المذهلة، قوس قزح والبرق، هي مهمة معقدة ونادرًا ما تكون ممكنة. كلاهما يعتمد على ظروف جوية محددة للغاية والتي لا تتطابق عادة: في حين أن قوس قزح يحتاج المطر والشمس في وقت واحد في أجزاء متقابلة من السماءعادةً ما يرتبط البرق بسحب العواصف الكثيفة، وغالبًا ما يُغطي الشمس. ومع ذلك، في مناسبات خاصة، يُمكن مشاهدة اقتران مذهل.
إن تصوير هاتين الظاهرتين معًا صعبٌ للغاية، حتى أكثر هواة رصد العواصف خبرةً قد يستغرقون سنواتٍ لالتقاط صورةٍ تتزامن فيها هاتان العجيبتان في الإطار نفسه. يكمن السر في الموقع (مع توجيه ظهرك للشمس)، واللحظة المُحددة، وبالطبع، قدرٍ وافرٍ من الحظ!
سحر الضوء: الحيود والانكسار والتألق
الظواهر البصرية التي نلاحظها في السماء يتم تفسيرها من خلال خصائص الضوء.في كيفية تفاعله مع جزيئات الماء والبلورات العالقة في الغلاف الجوي. العمليات الأكثر أهمية هي:
- الانكسار: يحدث عندما يغير الضوء اتجاهه عند انتقاله من وسط إلى آخر، مثلاً من الهواء إلى الماء. وهو أساس أقواس قزح والهالة الشمسية.
- انعكاس:يرتد جزء من الضوء عن السطح الداخلي لقطرة الماء، مما يساهم في تكوين قوس قزح.
- الانحراف: العملية التي ينحرف بها الضوء وينتشر عند مروره عبر جزيئات صغيرة جدًا، مما يؤدي إلى ظواهر مثل التلون في بعض السحب.
La التقزح اللونييمكن رؤية قوس قزح، على وجه الخصوص، في السحب العالية والخفيفة، عندما يؤدي تفاعل الضوء والجسيمات ذات الحجم المتجانس إلى إنشاء نطاقات ملونة بألوان الباستيل أو أقواس مشوهة، مختلفة عن أقواس قزح الدائرية الكلاسيكية ولكنها ذات صلة بها.
في الختام، تُتيح لنا مراقبة السحب ورفقائها - قوس قزح، وبرق، وهالات، وغيرها من العجائب - فتح نافذة على أسرار فيزياء الغلاف الجوي وعلم الأرصاد الجوية. تعكس كل ظاهرة بصرية العمليات المعقدة التي تُحكم التفاعل بين الشمس والغلاف الجوي والجسيمات العالقة. إن فهم كيفية وسبب إدراكنا لها يُثري معرفتنا ويزيد من إعجابنا بالجمال الزائل الذي تُقدمه لنا السماء يومًا بعد يوم.