Antud tekstis tuleb juttu ainult elektromagnetlainete hajumisest ehk elastset tüüpi hajumisest! Hajumine teeb võimalikuks näiteks radarite töö, sest pilvedel jm objektidel hajuvad raadiolained.
Selguse mõttes olgu toodud ka elektromagnetlainete skaala. Siin tuleb juttu teha valguse hajumisest. Valguse hajumine tähendab seda, et valgus kaldub sirgjoonelisest levimisest kõrvale. Lisaks sellele tuleb meeles pidada, et valge valgus on tegelikult liitvalgus ehk segu eri lainepikkusega ehk värvusega valgustest. Järgnev jutt on võib-olla keerukavõitu, kuid tasub siiski läbi lugemist, sest nii mõnedki igapäevased nähtused saavad seletuse.
Meteoroloogias ja füüsikas eristatakse tegelikult kahte tüüpi hajumist (hajumise liike on muidugi rohkem, aga igapäevaelus on olulisemad elastset tüüpi, vt lõpus), mis on määratud hajutavate osakeste suurusega. Nendeks on Mie, mille puhul hajumistsentrite läbimõõt on 0,01 kuni 1,0 mikromeetrit ja Rayleigh hajumine, mille puhul hajumistsentrite läbimõõt on vastavalt 0,0001 kuni 0,001 mikromeetrit (Ain Kallis, 2009)
Joonis 1. Arvud joone all iseloomustavad energiahulka, mida Päike kiirgab eri spektri piirkondades. Reeglina on inimese silm tundlikuim 475 nm lainepikkuse suhtes, kusjuures sama lainepikkuse juures on päikese kiirgusintensiivsus on suurim.
Spekter/skeem:
Mie hajumine tekib juhul, kui osakeste suurus on enam-vähem võrdne või suurem hajuva valguse lainepikkusega. Samas võib seda tüüpi hajumisest juttu teha vaid siis, kui hajutavad osakesed on kerakujulised, näiteks udupiisad. Ebakorrapärase kujuga, näiteks tolmukübemed õhus, osakeste korral Mie hajumist ei toimu. Hajutavad osakesed on sellisel juhul umbes 20 mikromeetrise läbimõõduga (üks mikromeeter on miljondik meetrit).
Mie hajumise korral hajuvad võrdselt kõik nähtava valguse lainepikkused (380-760 nm, eesliidetest ja ühikutest: tahvel.ee) ning just seetõttu näeme näiteks rünkpilvi tavaliselt valgetena või udu piimjalt valkja ja helehallina. Kui mingi lainepikkusega valguse hajumine oleks eelistatud, tunduksid ka pilved ja udu vastavat värvi. Rünkpilve alus on tume aga eelkõige hoopiski valguse neeldumise tõttu.
Põhimõtteliselt võib öelda, et lisaks pilvede ja udu valgele või hallikale värvusele näivad pilved Mie hajumise tõttu tumedamad sulamispiirist kõrgemal, kuna lumi hajutab päikesekiirgust paremini.
Rayleigh hajumise puhul pole osakese kuju oluline, aga sellisest hajumisest saame rääkida ainult siis, kui hajutava osakese suurus on palju väiksem (suurusjärgus 10 korda) valguse lainepikkusest. Atmosfääris on selleks mitmesugused suspendeerunud ehk heljuvas olekus tolmuosakesed: eelkõige nendelt hajuva valguse tõttu näeme hommiku-ja õhtutaevast roosaka või punakana.
Alguses arvati, et taevasina on põhjustatud valguse hajumisest õhumolekulidelt, mille puhul hajutavate osakeste suuruseks on umbes kümnendikud mikromeetrid. Hilisemad uuringud aga näitasid, et see hajumine on põhjustatud tegelikult molekulide kaootilisest liikumisest tingitud hõrenduste ja tihenduste ehk fluktuatsioonide (kõikumiste) tõttu. Samas räägitakse tänapäevalgi valguse hajumisest õhumolekulide kompleksidelt, millest on põhjustatud taevasina. Mingi teatud värv, taeva puhul räägitud sinine, tuleb ilmsiks seetõttu, et Rayleigh hajumise puhul on tugev sõltuvus hajumise määra ja valguse lainepikkuse vahel: hajumise intensiivsus on pöördvõrdeline lainepikkuse neljanda astmega ehk mida lühem on valguse lainepikkus, seda tugevamini see hajub.
Joonis 2
Joonis 3
Joonis 2 ja 3: valge valguse hajumine atmosfääri jõudes. Valguse tee atmosfääris, kui päike on kõrgel (tähistatud nr. 1) ja kui päike on madalal (tähistatud nr. 2).
Allikas: kmg.tartu.ee:8000/~aare/
Vasakult jooniselt ja paremal nr 1 tähistatud joonelt näeme, et päeval on päike kõrgel ja valguse tee atmosfääris üsna lühike. Lühikese lainepikkuse tõttu hajub eelkõige sinine ja ultravioletne valgus, seega võib arvata, et UV-tundlikele organismidele särab selge taevas UV-toonides.
Õhtul, kui päike on madalal ja valgus peab paksu õhukihi läbima, on lühikese lainepikkusega sinine valgus intensiivse hajumise tõttu jõudnud juba ära hajuda ja järgi on jäänud ainult suure lainepikkusega valgus (kollane, oranž ja punane). Hajuva valguse tee on tähistatud parempoolsel skeemil nr 2-ga.
Joonis 4. Sinine taevas päeval. Silmapiiri lähedal on taevasina kahvatum, sest valgus on läbinud paksema õhukihi ja sinine on enam hajunud.
Foto: Jüri Kamenik
Vahel on ka päeval taevas üsna hämune ja valkjas. Sel juhul on kas õhus palju niiskust ja seetõttu moodustunud veepiisakesi või jääkristalle või on õhuvoolud atmosfääri tolmu juurde toonud. Siis on sinise valguse hajumine tavapärasest tugevam ning see jõuab nii-öelda ära hajuda. Samal ajal on palju ka selliseid osakesi, nagu juba mainitud veepiisakesi ja jääkristalle, mis on piisavalt suured, et võiksid hajutada ka kõiki valguse lainepikkusi võrdselt. Selline olukord muudabki taeva hämuseks (ilmneb Mie hajumine). Säärane taevas võib viidata lähenevale tsüklonile või sajule, sest nende eel suureneb õhuniiskus ja muutuvad õhuvoolud. Pärast sadu on aga taevas sageli väga ilus sügavsinine („Taevas on klaar“), sest õhk on puhastunud igasugustest tolmuosakestest ja õhuniiskus on langenud, mistõttu hajumine nõrgeneb.
Kindlasti on paljud suvel näinud, et eemal silmapiiri lähedal asuv mets või künkad või üldse maastik hõljub justkui sinaka vine sees. See on tingitud mitte otseselt hajumisest õhus, vaid terpeenidest (teatav süsivesinik), mis tekivad taimede vegetatsiooni käigus. Terpeenid reageerivad troposfääri osooniga (osoon tekib maapinna lähedal fotokeemiliste reaktsioonide tõttu, kuid tavapäraselt suurem osooni hulk asub stratosfääris ca 20-25 km kõrgusel) ja moodustavad 0,2 mikromeetri suurusi osakesi, mis põhjustavad intensiivse Rayleigh hajumise ja sellest tuleneva sinaka värvivarjundi. Ka suits on tihti sinakas, sest tahmaosakesed on väga väikesed ja eelistatult hajub väiksema lainepikkusega valgus.
Laiemalt, st mitte ainult elektromagnetlainetest rääkides jaotatakse hajumised elastseteks ja mitteelastseteks. Mitteelastsed hajumised on Brillouini hajumine, Ramani hajumine, mitteelastne röntgenkiirte hajumine ja Comptoni hajumine, igapäevaelust aga mikrolained vastavas ahjus, sest eelkõige vett sisaldavate ainete temperatuur tõuseb mikrolainete tõttu ahjus, kuid seal esineb ka lisaks hajumisele neeldumist. Nii Rayleigh kui Mie hajumine on elastsed, st, et lained ei muuda oluliselt hajutava osakesega kokku põrkudes selle (osakese) energiat. Muidu võiks ju rääkida sellest, et Rayleigh hajumise tõttu tõuseb õhutemperatuur ja Mie hajumise tõttu näiteks pilvede või udu temperatuur. Tegelikult on nende temperatuuri tõus, kui see esineb, eelkõige tingitud muust, näiteks pilvede ja udu tekkimisel vabanenud kondensatsioonisoojusest jne.
Huvilistele hajumisega seotud nähtustest koos piltidega:
(http://www.horisont.ee/node/879)
Välislingid (inglise keeles): http://en.wikipedia.org/wiki/Scattering
piltidega ja huvitavama infoga:
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/atmos/blusky.html
Lennuki kondensjälgede huvitav areng ühel õhtul (11.02.2009) Isegi pealtnäha tavalise kohaliku kehva suusailmaga võib õues lahtiste silmadega ringi käies näha nii mõndagi huvitavat. Ühte väikest imet nägi ja pildistas Jüri Kamenik. Lisaks oskab ta nähtust lahti seletada:
Teisipäeval oli Tartus tihe udu (11.02.2009)
Salapärane talvine äike – mida on sellest teada? (08.02.2009) Äikest või sellesarnast nähtust võib Eestis märgata ka talvel.2007/2008. aasta talvel oli väga palju äikest. Äikest oli Eestis hilissügisest kuni märtsi lõpuni umbes 10 päeval, kusjuures laiaulatuslikumalt täheldati nähtust 2. veebruaril Lääne-Eestis. Esimene kindel märge taliäikese kohta oli aga 19. jaanuari õhtul, kui Soome lahel märgati välke. “Äikest” oli veel näiteks ka talve lõpetava lumesaju ajal Otepääl märtsi lõpus.Ka 2008. aasta novembris oli äikest: nii enne suurt lumetormi kui lumetormi ajal .
Millest tekivad suured temperatuurierinevused? (03.02.2009) Vahel on ilm Eesti piires väga eripalgeline ning sama võib kehtida ka temperatuuri kohta. Näiteid ei pea otsima kaugest minevikust, vaid näiteks 1. veebruari hommikul mõõdeti mitmel pool külma üle 20 kraadi, samal ajal kui saartel oli enamasti külma vähem kui 10 kraadi:
Tuulevaikuse ja udude aeg ehk veeaurust ja selle kondenseerumisest atmosfääris (01.02.2009) 31. jaanuarilFoto: Liisu Tooljaanuaripiltide galeriist Jaanuarikuus on olnud nii tormituult kui ka vaikusehetki, kuid viimaste ülekaalu tõttu samuti väga palju ududega päevi.Pilved ja udu - on´s sel vahet?Õige vastus on pigem jah, aga natuke ka ei. Uurime lähemalt miks siis nii; kuidas udu tekib, millised on udu liigid jpm.
Võimas märg lumi 26. jaanuaril (31.01.2009) 26. jaanuaril valitses seoses nõrga tsükloniga Eestis enamasti sula ja udune ilm. Paljudes kohtades sadas lund ja lörtsi ning erandiks polnud ka hommikune Tartu. Sajutsoon jagunes üle Eesti kaheks: nõrgem sadu Lääne-ja Loode-Eestis, tugevam Ida-Eestis. Sajuala hääbus õhtu poole ja asendus mitmel pool tiheda uduga. Umbes kl 10 hommikul üllatas ilm Tartus väga võimsa jämeda märja lumesajuga (sadu oli lume ja lörtsi vahepealne): sadavate räitsakate keskmine läbimõõt oli 2 cm, kuid suurimad, mis ma mõõtsin, olid 4 cm-se läbimõõduga. Oleks paar cm veel suuremad, oleksid juba nagu labakindad. Huvitaval kombel ei pööranud tänaval keegi sajule mingit tähelepanu ja sadu kestis umbes 15 min, siis muutus tasapisi nõrgemaks ja helbed väiksemaks.
Jaanuari ilmast/valgussambad 18. jaanuari õhtul (21.01.2009) Foto: Leili Valdmetsjaanuaripiltide galeriist Blogist "Ilm ja inimesed" 19. jaanuaril 2009: Vastavalt Atlandi kaugmõjule on ilm senini olnud väga muutlik ja sagedaste sulailmadega. See tendents jätkub, kuid vähemalt sisemaal jätkub ka lund, sest tuul on valdavalt kagust, mis suuremal osal ajast ei lase sulapiiril saartest või Kesk-Eestist laieneda ida poole (kahjuks nädala teisel poolel võib jõuda sula ajuti kuni Venemaanin välja).
