Was ist ein Sonnenhund? Ein Nobelpreisträger erklärt die Wissenschaft hinter der Cold-Snap-Light-Show

Artikelinhalt

Ein Effekt des rekordverdächtigen Kälteeinbruchs in Westkanada, der diese Woche andauern soll, ist eine bemerkenswerte Fotoserie in den sozialen Medien von „Sonnenhunden“, einer atmosphärischen optischen Täuschung, in der zwei neue kleine Sonnen dem links und rechts von der echten Sonne, verbunden durch einen hellen Halo, oft mit Regenbogeneffekten.

Artikelinhalt

Von North Dakota bis Vancouver haben Leute Fotos dieser „Scheinsonnen“ gepostet, wie der antike griechische Philosoph Aristoteles das Phänomen nannte, als er es im vierten Jahrhundert v. Chr. Zum ersten Mal beobachtete. Seitdem wecken sie das Interesse der Menschen.

Artikelinhalt

Um herauszufinden, warum kalte Luft das Licht krümmt, sprach die National Post mit Donna Strickland, einer kanadischen Optiker-Physikerin, die 2018 den Nobelpreis für Physik erhielt, nach Marie Curie, die die Radioaktivität entdeckte, und Maria Goeppert Mayer. der die Struktur des Atomkerns beschrieb.

„Es ist das Gegenteil einer Fata Morgana an einem heißen Tag“, sagt Strickland, dessen Hauptforschungsgebiet an der University of Waterloo Laser ist, eine Art verstärktes Licht.

Artikelinhalt

Wenn man vorne auf der Autobahn eine imaginäre Pfütze sieht, dann liege das daran, dass die von der Fahrbahn erwärmte heiße Luft das Licht in Bodennähe biege. Es ist ein locker strukturierter optischer Effekt, der optisch weniger auffällig ist als ein Sonnenhof an einem Wintertag, aber er spiegelt die gleiche Physik und das gleiche Lichtverhalten wider.

Licht bewegt sich im Vakuum mit konstanter Geschwindigkeit, aber wenn es ein Medium wie Luft, Wasser oder Eis durchdringt, kann es unterschiedlich stark verlangsamt werden. Das verbiegt es.

Artikelinhalt

Dichtere Luft verlangsamt sie stärker als Luft mit geringerer Dichte, so dass beispielsweise, wenn überhitzte Luft über Autobahnasphalt auf die kühlere, dichtere Luft darüber trifft, eine grobe Dichtegrenze entsteht.

„Jedes Mal, wenn es diese Grenze gibt, gibt es eine Biegung“, sagte Strickland.

Licht biegt sich auch auf andere Weise. Es kann beispielsweise durch die Schwerkraft gebogen werden, aber nur über weite kosmologische Distanzen, während es sich mit seiner konstanten Geschwindigkeit von etwa 300.000 Kilometern pro Sekunde durch das Vakuum des Weltraums bewegt.

Artikelinhalt

Näher an der Heimat in der Erdatmosphäre ist es eine andere Geschichte. Licht wird beim Durchgang durch verschiedene Medien gebeugt, da es unterschiedlich stark verlangsamt wird. Es ist die Dichte, die es langsamer macht, nicht die Temperatur. Aus diesem Grund sieht ein gerader Stock auch physikalisch verbogen aus, wenn ein Teil davon unter Wasser ist, denn Wasser ist dichter als Luft.

Strickland hat eine Übung, die sie gerne mit Grundschulklassen macht, die sie besucht, um diesen Effekt zu veranschaulichen. Stellen Sie sich eine Reihe von acht Kindern vor, die horizontal auf den Feldern eines Schachbretts stehen und ein Springseil gespannt halten. Dieses Seil ist der Kamm einer Lichtwelle, und jedes Kind ist ein Photon, das in geraden Linien zusammen vorrückt. Stellen Sie sich eine diagonale Linie über das Schachbrett vor, die die Grenze zwischen Luft und Wasser markiert. Die Kinder wissen, dass sie in der Luft einen Schritt nach dem anderen gehen können, im Wasser jedoch nur einen halben Schritt. Beim Vorrücken erreicht das Kind am Ende zuerst die Wassergrenze und wird von da an langsamer. Das nächste Kind geht einen Schritt weiter, verlangsamt aber auch nach dem Überqueren der Grenze.

Artikelinhalt

Dann kann Strickland sich zurückziehen und den Kindern sagen, dass sie sich das Springseil ansehen sollen.

“Es ist immer noch eine Linie, nur die Linie ist jetzt gebogen”, sagte sie. Kinder neigen dazu, es so zu begreifen, sagte sie.

Artikelinhalt

Licht interagiert mit allen Medien, mit denen es in Kontakt kommt, und kann manchmal nicht als Durchgang betrachtet werden, sondern als absorbiert und wieder emittiert werden. Strickland hat einen Vergleich mit Regenbögen angestellt, die entstehen, wenn weißes Licht durch ein Prisma in einzelne Farben zerlegt wird. Sie sagte, es sei, als hätte blaues Licht mit seiner höheren Energie und kürzeren Wellenlänge eine ähnliche Energie wie die Elektronen, die es auf seiner Reise trifft, und hängt daher ein wenig mit ihnen herum, während rote Photonen mit ihrer langen Wellenlänge und niedrigeren Energie , nicht interagieren und einfach „weitermachen“. Rot wird daher weniger verlangsamt und biegt sich weniger als Blau. Über das gesamte Lichtspektrum ist der Effekt ein Regenbogen.

Auf mikroskopischer Ebene, beispielsweise in Eiskristallen, die in der kalten westlichen Luft schweben, spielt die gleiche physikalische Dynamik eine Rolle.

Artikelinhalt

Eiskristalle sind sechseckig, sechskantig, und ihre Geometrie bedeutet, dass das Licht, das sie durchdringt, auf dem Hin- und Rückweg zweimal gebeugt wird. Der Effekt ist eine Brechung von mindestens 22 Grad, die die Größe des Halos für einen Beobachter in einer bestimmten Entfernung bestimmt.

Artikelinhalt

Dies ist der häufigste Heiligenschein, der bei kaltem Wetter zu sehen ist. Es kann breitere Halos geben, aber keine kleineren, denn Licht wird nicht weniger als 22 Grad durch einen hexagonalen Eiskristall gebrochen.

Technisch wird eine Scheinsonne Parhelion genannt, aus dem Griechischen für „neben der Sonne“. Die Etymologie von „Sonnenhund“ ist weniger klar und bezieht sich möglicherweise überhaupt nicht auf einen echten Hund.

Das Biegen von Licht in kalter Luft kann andere merkwürdige Effekte haben. Es kann entfernte Objekte verzerren und Fata Morganas erzeugen, selbst bei Licht unterhalb des Horizonts. Ein berühmtes Beispiel sind die sogenannten „Croker Mountains“, die der Arktisforscher John Ross 1818 im Lancaster Sound gesehen zu haben glaubte, die heute jedoch als Fata Morgana gelten. Hätte er nicht umgedreht, hätte er vielleicht entdeckt, dass der Lancaster Sound tatsächlich ein Eingang zu einer Nordwestpassage ist.