ปรากฏการณ์ธรรมชาติที่เกี่ยวกับแสง

แสง (light)

โดยการศึกษาแสงแบ่งออกเป็น

• ทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต เป็นการศึกษาปรากฏการณ์ของแสงในระดับมหภาค เช่น การสะท้อนแสง และ
  การหักเหของแสง
• ทัศนศาสตร์เชิงกายภาพ เป็นการศึกษาปรากฏการณ์ของแสงในระดับจุลภาคหรือ ระดับที่ใกล้เคียงความยาวคลื่นแสง เช่น การแทรกสอด การเลี้ยวเบน
  โพลาไรเซชัน และการกระเจิงของแสง เป็นต้น

ซึ่งจากการสมบัติของแสงทั้งทางมหภาคและจุลภาคสามารถส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่สามารถพบเห็นได้ในชีวิตประจำวัน เช่น ปรากฏการณ์มิราจ ปรากฏการณ์รุ้งกินน้ำ เป็นต้น

ปรากฎการณ์มิราจ

ปรากฏการณ์มิราจ (mirage) ภาพลวงตาคล้ายแอ่งน้ำที่เกิดบนถนน เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากอากาศที่แสงเดินทางผ่านมีอุณหภูมิต่างกัน โดยอากาศที่ใกล้ผิวถนนจะมีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศที่อยู่สูงขึ้นไปกว่าผิวถนน อากาศที่อยู่ใกล้ผิวถนนจึงมีความหนาแน่นน้อยกว่าอากาศที่อยู่สูงจากผิวถนนขึ้นไป แสงจึงเกิดการหักเห และเมื่อมุมตกกระทบของแสงมีค่ามากกว่ามุมวิกฤต จึงเกิดการสะท้อนกลับหมดนั่นเอง (มุมวิกฤต คือมุมที่ทำให้รังสีตกกระทบเกิดการสะท้อนกลับหมด)

ปรากฏการณ์การหักเหของแสงผ่านปริซึม

ปรากฏการณ์การหักเหของแสงผ่านปริซึม สามารถแยกสเปกตรัมของแสงสีขาว ซึ่งสามารถทำได้โดยนำเอาแท่งปริซึมไปวางให้แสงส่องผ่าน เมื่อแสงเดินทางผ่านตัวกลางที่มีดัชนีหักเหแตกต่างกัน ความยาวคลื่นที่ต่างกันจะหักเหด้วยมุมที่ไม่เท่ากัน เป็นไปตามกฎของสเนลล์
(Snell's law) เราจึงมองเห็นสีแสงขาวแยกสเปกตรัมเป็นสีต่าง ๆได้เมื่อนำฉากไปรับ  

การเกิดรุ้ง

ปรากฏการณ์ธรรมชาติอีกอย่างหนึ่งได้แก่ การเกิดรุ้ง ซึ่งเกิดจากการที่แสงสีขาวซึ่งประกอบด้วยหลายช่วงความยาวคลื่นตกกระทบลงบนหยดน้ำซึ่งทำหน้าที่คล้ายกับแท่งปริซึม มุมหักเหของแสงสีแต่ละความยาวคลื่นจะมีมุมหักเหต่างกันตามกฏของสเนลล์ โดยแสงสีแดงซึ่งมีความยาวคลื่นมากที่สุดจะมีมุมหักเหมากที่สุดและแสงม่วงมีความยาวคลื่นสั้นที่สุดมีมุมหักเหน้อยที่สุด ซึ่งมุมหักเหที่ต่างกันจะทำให้แสงสีต่าง ๆ แยกออกจากแสงสีขาวเกิดเป็นแถบสีรุ้งหรือสเปกตรัมของแสง

รุ้งแบ่งได้เป็น 2 ชนิดคือ

1. รุ้งปฐมภูมิ
2. รุ้งทุติยภูมิ

ซึ่งการเกิดรุ้งปฐมภูมิหรือรุ้งทุติยภูมิขึ้นอยู่กับตำแหน่งตกกระทบของแสงสีขาวดังรูปด่านล่าง

ปรากฏการณ์ดวงอาทิตย์ทรงกลด

ปรากฏการณ์ดวงอาทิตย์ทรงกลด เกิดขึ้นเนื่องจากอากาศในชั้นบรรยากาศมีอุณหภูมิต่ำมาก จนทำให้ละอองน้ำในอากาศ ณ เวลานั้น ๆ แข็งตัวเป็นผลึกน้ำแข็งขนาดเล็ก ๆ จำนวนมหาศาลลอยอยู่บนท้องฟ้า เมื่อแสงอาทิตย์ตกกระทบผลึกน้ำแข็งแต่ละก้อน แสงนั้นจะสะท้อนและหักเหเบี่ยงเบนไปจากเดิม ส่งผลให้เรามองเห็นดวงอาทิตย์ทรงกลดเป็นรูปวงกลม มีลักษณะเป็นแถบสีรุ้ง

ปรากฏการณ์ท้องฟ้าเปลี่ยนสี

การกระเจิงแสงแบบเรย์เล
เมื่อแสงตกกระทบอนุภาคฝุ่นต่าง ๆ หรือโมเลกุลของแก๊สในบรรยากาศ แสงจะเกิดการกระเจิง เรียกว่า “การกระเจิงแสงแบบเรย์เล” (Rayleigh Scattering) โดยแต่ละช่วงความยาวคลื่นจะเกิดการกระเจิงได้ไม่เท่ากัน แสงที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าจะกระเจิงแสงได้ดีมากกว่าแสงที่มีความยาวคลื่นที่ยาวกว่า

• เวลาเที่ยงตรงแสงอาทิตย์ตกกระทบตั้งฉากกับชั้นบรรยากาศหรือพื้นผิวโลก ท้องฟ้ามีสีเป็นสีฟ้าเพราะแสงเดินทางผ่านบรรยากาศเป็นระยะทางสั้น ซึ่งเมื่อแสงเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศแสงจะเกิดการกระเจิงแบบเรย์เล แสงสีน้ำเงินที่มีความยาวคลื่นสั้นจะเกิดการกระเจิงไปทั่วท้องฟ้า ทำให้เราเห็นท้องฟ้าในเวลาตอนเที่ยงเป็นสีฟ้า
• เวลาตอนเย็นทองฟ้ามีสีแดง และเนื่องด้วยการหมุนรอบตัวเองของโลกทำให้ระยะการเดินทางของแสงยาวขึ้น ทำให้แสงต้องใช้เวลาเดินทางมากขึ้นในการเคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศของโลก และในเวลาตอนเย็นระยะทางที่แสงต้องใช้ในการเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศมากขึ้น แสงสีน้ำเงินซึ่งกระเจิงได้ดีกว่าจึงมีความเข้มแสงลดน้อยลง เมื่อระยะทางในชั้นบรรยากาศมากขึ้นแสงสีแดงจะกระเจิงบริเวณชั้นบรรยากาศที่ใกล้กับเปลือกโลกทำให้เราเห็นท้องฟ้าตอนเย็นมีสีแดงตามรูปด่านล่าง