همانطور که میدانید شکست نور یک پدیده اپتیکی است که در آن نور رسیده از یک منبع نورانی (مانند لامپ، خورشید و ستارگان) به خاطر تغییر سرعتی که برای آن در دو محیط با ضریب شکست متفاوت رخ میدهد دچار تغییر مسیر میشود؛ لذا هنگامی که شخص به این نور نگاه میکند گویی که نور دچار شکست شده است.
پدیده‌های دیداری/اپتیکی (به انگلیسی: Optical Phenomena) یا اپتیکال، پدیده‌های قابل مشاهده، حاصل تقابل نور و ماده هستند. سراب به عنوان مثال، یک پدیده‌ی دیداری است. پدیده‌های دیداری معمول، حاصل فعل و انفعالاتی هستند که میان نور خورشید یا ماه و اتمسفر، ابر، آب، خاک و ذرات معلق دیگر رخ میدهد. یکی از نمونه‌های رایج، رنگین‌کمان است که در اثر انعکاس و انکسار نور توسط قطرات آب به وجود می‌آید. پدیده‌های دیگری مانند پرتوسبز (زمانی که خورشید در هنگام غروب و عبور از خط افق برای زمان کوتاهی با بازتاب سبز رنگی بالای سرش دیده می شود) به ندرت رخ می دهند و همین موضوع سبب شده است که این پدیده شبیه به افسانه به نظر برسد. همچنین، دیدن پدیده فاتامورگانا (نوعی سراب که به علت تفاوت دمای سطح و دمای لایه‌ی بالاتر ایجاد میشود و موجب میشود اجسام در وضعیت عجیبی دیده شوند، مانند کشتی هایی که وارونه دیده می شوند) در بعضی مناطق ساحلی اتفاق نادری نیست. پدیده‌های دیگری مانند شکست نور توسط یک منشور نیز پدیدهای دیداری جالبی هستند که در کلاس‌های درس به دفعات مورد مشاهده قرار می‌گیرند.
بزرگنمایی جوی مفهوم فیزیکی کمتر شناخته شده ای می باشد که کسی به تاثیرات آن در مقیاس های بزرگتر توجهی ندارد.
بطور کلی، بزرگنمایی جوی به معنای این است که شکست نور توسط قطرات و ذرات آب باعث بزرگتر شدن تصویر جسم می شود. میتوانید در ادامه دو نمونه از بزرگنمایی در ابعاد کوچک را مشاهده کنید.
حتما دلیل آن را میدانید. بله شکست نور. درواقع شما شاهد بزرگنمایی ای توسط مولکول های آب هستید. قطرات آب میتوانند مانند یک لنز بزرگنمایی ایجاد کنند.
آیا تا به حال جسمی را با ذره‌بین نگاه کرده‌اید؟ آیا دقت کرده‌اید که در یک استخر جسمی که زیر آب است با زمانی که روی آب است بسیار متفاوت به نظر میرسد؟ در این فعالیت علمی شما در مورد این مسائل نکاتی خواهید آموخت.
عدسی‌ها مولفه‌ی اصلی عینک‌ها، لنزهای تماسی، دوربین‌های دوچشمی، تلسکوپ‌ها و بسیاری ابزار دیگر هستند.
دلیل دیده شدن یک جسم توسط چشمان ما این است که پرتوهای نور منعکس‌شده از جسم به چشم ما می‌تابد و تصویری از جسم در شبکیه‌ی چشم ما تشکیل میشود. سیگنال‌هایی که به مغز میرسد تصویر جسم را بازسازی میکند.
پرتوی نوری که از یک جسم بازتاب میشود معمولاً در یک خط مستقیم حرکت میکند. اما اگر در این مسیر یک ماده‌ی شفاف مانند شیشه یا آب وجود داشته باشد قضیه متفاوت خواهد بود. اگر پرتوی نوری که در هوا بوده است وارد چنین موادی شود، جهت حرکتش عوض میشود و خم میشود. همچنین در ادامه زمانی که نور از این مواد خارج میشود نیز دچار خمیدگی میشود. درنتیجه، تصویری که در ذهن شما از یک جسم ایجاد میشود بسته به اینکه جهت حرکت نور چگونه تغییر کند متفاوت خواهد بود. مغز انسان قادر به تشخیص این خمیدگی‌ها نیست و بر این قاعده عمل می‌کندکه تمام پرتوهای نور رسیده به چشم در خط مستقیم حرکت کرده‌اند. نتیجه آن است که تصویری متفاوت با جسم در این حالت‌ها در مغز تشکیل میشود.
عدسی‌ها با استفاده از این خمیدگی‌ها اجسام را بزرگتر، کوچکتر، نزدیکتر یا دورتر از واقعیت می‌کنند. عدسی محدب پرتوهای نور را به سمت داخل منحرف میکند و در نتیجه جسم بزرگتر یا نزدیکتر به نظر میرسد. عدسی مقعر پرتوهای نور را به سمت بیرون منحرف میکند و باعث میشود جسم کوچکتر یا دورتر به نظر بیاید. عدسی مسطح نیز هیچ انحرافی در پرتوهای نور ایجاد نمی-کند و جسم همانطور که در واقعیت است به نظر می‌آید.
ادعا می شود که بزرگنمایی جوی هیچ پایه و اساس علمی ندارد. اما هرکسی میتواند با انجام چند آزمایش بسیار ساده در خانه متوجه حضور قوانین بزرگنمایی جوی بشود. با یک آزمایش میتوانیم نحوه عملکرد شکست نور با توجه به یک لنز را ببینیم:
برای اینگونه تصاویر از کلمه Loom استفاده میشود. looming pictures تصاویری هستند که اشیا در آن ها بزرگتر از آن چیزی که در واقع هستند به نظر میرسند (پدیده بزرگنمایی جوی در تصاویر).
درواقع بزرگنمایی جوی نام دیگری از شکست نور و رفرکشن است. هیچ چیز غیر منطقی ای در اینجا وجود ندارد. ما تنها از علم کمک گرفتیم و این یک روش علمی همراه آزمایش و مشاهده است.
همانطور که در تصویر بالا میبینید، قطره آب مانند یک لنز باعث بزرگنمایی شده است. هوای اطراف ما دارای رطوبت(مقدار زیادی آب) است که به چشم دیده نمیشود و البته این قطرات آب بسیار بسیار کوچکتر از آن هستند که آن ها را احساس کنیم به عبارت دیگر برای چشمان غیر مسلح غیر قابل رویت هستند ()مطابق اطلاعات سایت USGS) قطرات آب در هوا (رطوبت) یک لنز اتمسفری بسیار بزرگ را می سازند که اشیای دوردست را بزرگ جلوه میدهد. برای مثال میتوانید به این نکته دقت کنید که خورشید و ماه در افق بزرگتر از حالت عادی خود هستند و این به علت عملکرد لنزی اتمسفر است (البته این بستگی به میزان رطوبت جو دارد).
معمولا خورشید وقتی در افق اقیانوس ها غروب میکند بزرگتر به نظر میرسد. بزرگنمایی جوی معمولا در مکان هایی که میزان رطوبت بالایی دارند رخ میدهد (دریا ها،اقیانوس ها و…). اشیاء نزدیک به افق زمانی که توسط بزرگنمایی جوی بزرگ شده اند، قسمت پایینی جسم که در نزدیکی خط افق قرار دارد، به دلیل فرایند بزرگ شدن تصویر، به طور کامل از بین می رود. برای مثال، ساختمان هایی که تا نصف در زیر خط افق دیده میشوند (یا کشتی هایی که حتی با دوربین و تلسکوپ نیز زیر خط افق رویت میشوند). در نهایت، ناپدید شدن قسمت پایینی کوه ها، ساختمان ها، کشتی ها و…اثبات وجود انحنای زمین نبوده بلکه اثبات میکند این بزرگنمایی جوی است که در کنار پدیده قرینگی باعث رخ دادن چنین پدیده ای میشود. این نحوه کارکرد طبیعت است.
چنین پدیده ای نیاز به مکانی مانند دریا، اقیانوس یا دریاچه دارد که در سطح آن مقدار زیادی بخار آب و قطرات ریز وجود دارد و معمولا در مکان هایی دور از آلودگی قرار دارند. درواقع در چنین مکان هایی است که میتوان بزرگنمایی جوی را مشاهده کرد. البته باز هم این بزرگنمایی و مقدار قابل مشاهده آن وابسته به پارامتر هایی تغییر میکند. ذرات معلق (آب، بخارات و…) همیشه مقدار ثابتی ندارند و متغیر هستند. بطور خلاصه نوری که از ساختمان ها و اجسام در افق به ما میرسد در طی این مسیر تحت تاثیر محیط متراکم قرار میگیرد.
