वातावरणीय प्रकाशकी : वातावरणात घडणाऱ्या प्रकाशकीय आविष्कारांचा अभ्यास. प्रकाशकिरण अवकाशातून पृथ्वीकडे येताना वातावरणामुळे प्रकाशाचे प्रकीर्णन (विखुरले जाण्याची क्रिया), शोषण, परावर्तन, प्रणमन (एका माध्यमातून दुसऱ्या माध्यमात जाताना प्रकाशाच्या दिशेत बदल होणे), विवर्तन (कणांमुळे प्रकाशाच्या तीव्रतेचे अवकाशात फेरवाटप होणे), उत्सर्जन वगैरे क्रिया होतात. वातावरणातील हवेचे घटक व हवेची घनता, धूळ, जलरेणू, जलबिंदू वगैरे गोष्टी या क्रियांना कारणीभूत होतात. या सर्वांचा परिणाम म्हणून पुढील अनेक घटना व आविष्कार दृश्यमान होतात. सूर्याची हिरवट चमक, मृगजळ, कोरोना, सेंट एल्मोज फायर, संधिप्रकाश कालातील रंग, मी प्रकीर्णन, आकाशवर्ण, प्रभामंडल, इंद्रधनुष्य, संधिप्रकाश, ताऱ्यांचे लुकलुकणे, दृश्यमानता वगैरे आविष्कारांचा अभ्यास वातावरणीय प्रकाशकीमध्ये करण्यात येतो. यांपैकी पहिल्या सहा आविष्कारांची माहिती प्रस्तुत नोंदीत दिली आहे. आकाशवर्ण, इंद्रधनुष्य, दृश्यमानता, प्रभामंडल, संधिप्रकाश आणि ‘लुकलुकणे, ताऱ्याचे’ या विषयांवर मराठी विश्वकोशात स्वतंत्र नोंदी आहेत.
सूर्याची हिरवी चमक : स्वच्छ आकाशात अस्ताच्या वेळी सूर्याचा वरचा अगदी थोडा भाग जेव्हा क्षितिजाखाली जात असतो, त्या वेळी या भागाच्या एका बिंदूचा पिवळा अथवा नारिंगी रंग बहुधा पटकन हिरवा होतो आणि अखेर निळा अथवा निळसर हिरवा होतो. आकाश अतिशय स्वच्छ असताना या हिरव्या रंगाचा ठळकपणा जवळजवळ क्षणिक दिसतो. त्यामुळे या आविष्कारास हिरवी चमक असे संबोधिले जाते. प्रसंगानुसार हा आविष्कार सूर्योदयाच्या सुमारास दिसतो पण तेव्हा रंगाचा क्रम उलटा असतो. सूर्य विशेष लाल दिसत असेल, तर ही हिरवी चमक दिसत नाही. हिरवी चमक हा आविष्कार वातावरणीय प्रणमनाचा परिणाम आहे. निरनिराळ्या रंगांचे प्रणमन निरनिराळे होते. सर्वांत कमी प्रणमन असलेला लाल रंग प्रथम, त्यानंतर हिरवा आणि शेवटी निळा याप्रमाणे रंग अदृश्य होतात. वातावरणीय प्रणमनामुळे निरनिराळ्या रंगांचे होणारे विसरण (आपाती प्रकाश वितरित होण्याची क्रिया) बरेच कमी असते. लाल व हिरव्या रंगांच्या विसरणात फक्त २० सेकंद एवढे कोनीय अंतर असते. क्षितिजाच्या वर असलेला सूर्याचा भाग अतिसूक्ष्म नसेल, तर त्या भागाच्या एका बिंदूपासून निघणारा रंग अगदी जवळच्या बिंदूपासून निघणाऱ्या पूरक रंगात मिसळून पांढरा रंग निर्माण होतो आणि हिरवी चमक हा आविष्कार निर्माण होत नाही. प्रकाशाचा उगम असलेला दीप्तिमान बिंदू क्षितिजावर असेल, तर वातावरणीय प्रणमनामुळे उद्‌भवणारा रंगाचा हा आविष्कार निर्माण होतो.
मृगजळ : साधारणपणे वातावरणात वाढत्या उंचीबरोबर हवेची घनता कमी होत जाणाऱ्या हवेच्या अरुंद थरांचा समूह असे आपण समजू शकतो. वातावरणात तापमान व आर्द्रता यांचे वाढत्या उंचीबरोबर होणारे ऱ्हास (घट) बदलत असतात. त्यामुळे उंचीबरोबर होणाऱ्या घनता ऱ्हासाच्या दरातही बदल हात असतो. हवेच्या निरनिराळ्या उंचीवरील थरांच्या घनतेत बदल झाल्यामुळे हवेच्या प्रणमनांकातही (प्रकाशाचा निर्वातातील वेग व विशिष्ट माध्यमातील वेग यांच्यातील गुणोत्तरातही) बदल होतो. सर्वसाधारण घनता ऱ्हासाच्या दरापेक्षा प्रत्यक्ष घनता ऱ्हास जास्त असेल, तर विशेषतः मध्य व उच्च अक्षांशांत क्षितिजाखाली असलेल्या गोष्टी क्षितिजावर दिसतात. याचे कारण उंचीबरोबर हवेच्या बदलणाऱ्या प्रणमनांकामुळे वस्तूपासून निघणाऱ्या प्रकाशकिरणांचे निरनिराळ्या उंचींवर जात असताना प्रणमन होते आणि अखेर विरल थरामधून किरणांचे संपूर्ण अंतर्गत परावर्तन होते. त्यामुळे एरव्ही जो कधी दिसत नाही, तो दूरचा समुद्रकिनाराही अस्पष्ट असा दिसतो. तसेच क्षितिजाखालील सूर्य क्षितिजाच्या वर दिसतो. ह्या आविष्कारास अस्पष्ट मृगजळ असे म्हणतात (आ.१). कधीकधी असे होते की, एखाद्या वस्तूची एक किंवा जास्त प्रतिमा आकाशात उंचावलेल्या दिसतात. प्रतिमा वस्तूच्या वर आणि उलट्या दिसतात. त्यामुळे या आविष्काराला उच्च मृगजळ असे संबोधिले जाते (आ. २).
सामान्यपणे बहुधा वाळवंटातील मृगजळाबद्दल अधिक बोलले जाते. वाळवंटात नेहमी जमिनीजवळील हवा जितकी गरम असते तितकी उंचावरील हवा गरम नसते. साहजिकच जमिनीपासून वर जाताना हवेची घनता वाढत जाते. यामुळे तेथे जर एखादे झाड असेल, तर त्या झाडापासून दूरवरच्या निरीक्षकापर्यंत येणारे प्रकाशकिरण जमिनीजवळील थरांवर पडेपर्यंत इतके वक्र होतात की, त्यांचे संपूर्ण अंतर्गत परावर्तन होऊन ते वरच्या दिशेला परावर्तित होऊन मग निरीक्षकाच्या डोळ्यात शिरतात. (आ. ३) त्यामुळे निरीक्षकाला वाटते की, ते झाड जमिनीतच जणू उलटे उभे असावे. त्याच्याच जोडीला निळ्या आकाशाची प्रतिमाही खालच्या बाजूला दिसते आणि जणू पाण्यातच झाडाचे प्रतिबिंब पडले असल्याचा भास होतो. अशा मृगजळाला गौण मृगजळ असे म्हणतात. शहरातील डांबरी रस्ता भर उन्हाळ्यात इतका तापतो की, त्यामुळे वरीलप्रमाणे दूरची मोटार जणू काय पाण्यातच उभी आहे, असा भास होतो. हा आविष्कारही गौण मृगजळाचा प्रकार म्हणता येईल.
कोरोना : ढगाचा पातळ थर जेव्हा सूर्य, चंद्र अथवा दुसरा तत्सम प्रकाश उद्‌गम यांना झाकतो, तेव्हा त्याच्याभोवती इंद्रधनुष्याप्रमाणे रंग असलेली वलये दिसतात. याच वलयांना कोरोना म्हणतात. कोरोना ⇨प्रभामंडलापेक्षा लहान असून त्याचे निळे वलय आतील बाजूस असते. याउलट प्रभामंडलात तांबडे वलय आतील बाजूस असते. कोरोना ढगाच्या कणांच्या योगाने झालेल्या प्रकाशाच्या विवर्तनामुळे निर्माण होतो. याचा तेजस्वी भाग सूर्य अथवा चंद्र यांच्या भोवताली वर्तुळाकार असतो. त्याच्या कडेला विविध रंगांची वलये असून त्यांतील शेवटचे (बाहेरील) वलय तांबडे असते. क्वचित प्रसंगी या मूळ तेजस्वी वर्तुळाबाहेर दोन किंवा अधिक वलये दिसून येतात. कोरोना निर्माण करणाऱ्या ढगांच्या कणांची सरासरी त्रिज्या साधारणपणे ०.००७ ते ०.०१० मिमी. आणि धुक्याच्या कणांची सरासरी त्रिज्या सु. ०.००५ मिमी. असते, असा अंदाज आहे.
सेंट एल्मोज फायर : सामान्यपणे हा आविष्कार निळ्या किंवा जांभळ्या रंगातील ज्वालेसारखा दिसतो. भूमध्य समुद्रातील खलाशांनी त्याला हे नाव दिले आहे. या आविष्काराच्या रूपाने संत एल्मो भेटतात, अशी त्यांची श्रद्धा होती. ते हा आविष्कार झाल्यावर जोराचे वादळ शांत होते व जोरदार वारे नाहीसे होतात. विमानाचे पंखासारखे बाहेर वा पुढे आलेले भाग, धातूंचे उंच मनोरे, जहाजावरचे डोलखांब, पर्वत शिखरे व उंच इमारती यांचे रेखीव कोपरे व कडा इ. ठिकाणी हा आविष्कार दिसतो. अशा टोकदार वा रेखीव कडा असणाऱ्या भागांपाशी वातावरणातील विद्युत् क्षेत्राचे केंद्रीकरण झाल्याने हा आविष्कार उद्‌भवतो. तेथून होणारे दृश्य रूपातील विद्युत् विसर्जन (विद्युत् प्रवाह वाहण्याची क्रिया) म्हणजेच हा आविष्कार होय.
संधिप्रकाश कालातील रंग : हवा स्वच्छ असताना सूर्य क्षितिजावर येऊन क्षितिजाखाली जातो तसे पूर्व व पश्चिम आकाशात रंगांचे बदल होताना दिसतात. रंगाचे हे आविष्कार बऱ्याच प्रकारचे असतात. खालील आविष्कार विशेषतः शुष्क व अर्धशुष्क भागांत आढळून येतात.
(अ) पांढरट, पिवळट, ब्राँझ रंगाची चमक : ही सूर्याभोवती गोलाकार दिसते. गोलाची त्रिज्या ५ ते ६ अंश असते. सूर्य क्षितिजाकडे पोहोचत असताना ही चमक दिसते. सूर्याची वरची कडा सूर्यास्त झाल्यानंतरही सु. २० मिनिटे दिसत राहते. प्रकीर्णन पुढे व मागे कमाल असल्यामुळे, तसेच खालील वातावरणातील मातीच्या कणांवर होणाऱ्या विवर्तनामुळे ही वर्तुळाकार चमक दिसते. हवेतील मार्ग लांबचा असल्यामुळे निळा आणि जांभळा हे रंग ह्या वर्तुळाकार चमकेत नसतात.
(आ) करडे-निळे वर्तुळ : जेव्हा सूर्य पश्चिमेस मावळतो तेव्हा करडे-निळे वर्तुळ पूर्वेकडी क्षितिजाच्या वर येते. ही निव्वळ पृथ्वीची छाया असते.
(इ) पृथ्वीच्या छायेवरील जांभळट कमान : हळूहळू हा जांभळट रंग छायेपासून सु. १० अंश अंतरावर आकाशाच्या निळ्या रंगात मिसळून जातो. धुळीचे कण असलेल्या पूर्वेकडील खालील वातावरणातून बरच प्रवास झाल्यामुळे क्षितिजाच्या वर काही उंचीपर्यंत लाल रंग प्रामुख्याने दिसतो पण त्याच्यापेक्षाही वर असलेल्या आकाशाचा निळा रंग प्रामुख्याने दिसतो. त्यामुळे कधीकधी निळा व लाल यांचे मिश्रण म्हणजे जांभळ्या रंगाचा भास होतो.
थोड अंश खोल पण बरेच अंश लांब अशी कमानीसारखी चमकदार कडा पश्चिम क्षितिजावर टेकलेली आहे, असे दृश्य सूर्यास्त झाल्याबरोबर दिसते. ह्या कडेचा सर्वांत खालचा भाग लाल असतो व सर्वांत वरचा भाग पिवळट असतो. हा आविष्कार धुळीचे कण जास्त प्रमाणात असलेल्या खालच्या वातवरणातील प्रकीर्णनामुळे होतो. ज्या रंगाच्या प्रकाशाचे बरेच प्रकीर्णन होते ते सोडून इतर रंग दृष्टीस पडतात.
(ई) जांभळट चमक: सूर्यास्तानंतर पश्चिम क्षितिजावरील आकाशाच्या बऱ्याच मोठ्या भागावर जांभळट चमक दृष्टीस पडते. सूर्य क्षितिजाखाली ४ अंशांवर असताना ह्या चमकेची तीव्रता कमाल असते. सूर्य क्षितिजाखाली ६ अंशांपेक्षा जास्त गेल्याबरोबर ही चमक नाहीशी होते. पूर्व क्षितिजावरील चमकेचे जे स्पष्टीकरण दिले आहे तेच पश्चिम क्षितिजावरील जांभळ्या चकमेला लागू आहे.
(उ) मंद जांभळी चमक : सूर्य क्षितिजाखाली ६ अंश किंवा त्यापेक्षा जास्त असताना संपूर्ण आकाश व्यापणारी ही मंद जांभळी चमक दिसते. सूर्य क्षितिजाखाली १६ ते १८ अंशांपर्यंत जातो तेव्हा ही चमक हळूहळू नाहीशी होते. प्रकाशित वातावरणातून होणाऱ्या दुय्यम प्रकीर्णनामुळे पश्चिमेकडील-वातावरणात हा आविष्कार बऱ्याच दूरपर्यंत दिसतो.
सूर्योदयाच्या आधी व सूर्योदयाच्या वेळी वरीच आविष्कार नेहमी व सर्वदूर दिसत नाहीत.
मी प्रकीर्णन : गोलाकार कणांवरून होणाऱ्या प्रकाशाच्या प्रकीर्णनाला हे नाव देतात. वातावरणातून जाताना प्रकाशाचे प्रकीर्णन होते. हे प्रकीर्णन वातावरणातील कणांच्या आकारमानावर अवलंबून असते. कणांचे आकारमान (व्यास) प्रकाशाच्या तरंगलांबीएवढे अगर जास्त असल्यास प्रकीर्णित प्रकाशाची तीव्रता प्रकाशाच्या दिशेत सर्वांत जास्त तर विरुद्ध दिशेने सर्वांत कमी असते. जी. मी या शास्त्रज्ञांनी याचा अभ्यास करून काही निश्चित निष्कर्ष काढले (१९०८), म्हणून त्यांचे नाव या आविष्काराला देण्यात आले. मी यांचे निष्कर्ष पुढीलप्रमाणे आहेत : (१) हवेतील धूलिकणांमुळे होणारे प्रकाशाचे प्रकीर्णन प्रकाशाच्या तरंगलांबीवर अवलंबून नसते. त्यामुळे जास्त तरंगलांबीच्या प्रकाशाच्या हवेतील रेणूंमुळे होणाऱ्या प्रकीर्णनापेक्षा मी प्रकीर्णन जास्त असते. याचा दृश्य परिणाम म्हणजे स्वच्छ वातावरणात आकाशाचा रंग गडद निळा दिसतो, तर धूसर वातावरणात आकाशाचा रंग पांढरट निळा व सूर्याभोवतालचा भाग चकचकीत पांढरा दिसतो. (२) धूलिकणयुक्त व धूसर वातावरणामुळे प्रकाशाचे जे क्षीणन होते तेही प्रकशकिरणांच्या तरंगलांबीवर अवलंबून नसते. त्यामुळे अशा वातावरणात अस्तास जाणारा सूर्यदेखील पांढराशुभ्रच दिसतो. (३) धूसर वातावरणातून जाताना प्रकाशाचे ध्रुवण होते (प्रकाशकिरणांची कंपने एकाच प्रतलात होतात) ते प्रकाशाच्या दिशेने शून्य तर प्रकशमार्गाशी ९०० कोन करणाऱ्या दिशेला १००% असते. प्रकीर्णन करणाऱ्या कणांचे आकारमान मोठे असेल, तर ध्रुवण कमी होते. वातावरणीय प्रकाशकीच्या दृष्टीने हे निष्कर्ष महत्त्वाचे आहेत.
पहा : आकाशवर्ण इंद्रधनुष्य, दृश्यमानता प्रकाशकी प्रभामंडल लुकलुकणे, ताऱ्यांचे संधिप्रकाश.
संदर्भ : 1. Bohren, C. F. Huffman, D. R. Absorption and Scattering of Light by Small Particles, New York, 1983.
2. Humphreys, W. J. Physics of the Air, New York, 1964.
3. Tricker, R. A. R. Introduction to Meteorological Optics, New York, 1970.
4. Van de Hulst, H. C. Light Scattering by Small Particles, 1957.
कर्वे, चिं. श्री मुळे, दि. आ.
“