Mikä optinen ilmiö?

[mpmark]

Moi, osaakohan joku selittää (tai kertoa mistä on paras tiedustella) kyseisen ilmiön, jonka havaitsin luistellessani erään suolammen jäällä P-Norjassa? Aurinko oli matalalla ja sen kirkkaasta heijastuksesta jään pinnalla lähti värikkäät "kaaret" (jään pinnalla ei ilmassa). Liitteenä omakuva elämyksestä sekä ilmiöstä.

Oli muuten mahtavaa luistella ensimmäistä kertaa luonnonjäällä ja muutenkin lähes 10 vuoteen..Harvinaisen kuiva ja kylmä alkuvuosi loi otolliset luonnonjää-luistelu puitteet, ja luistimet olikin takaluukussa jotain tämänkaltaista varten. Eräänä upeana talvisena pakkaspäivänä Senjan saarella ajellessa tuli kartalta bongattua mahdollisesti potentiaalinen suolampi tien läheisyydessä. Risukon takaa paljastui vuorten ympäröimä jalkapallokentän kokoinen koskematon peilijää, aivan valtameren äärellä. Ei olisi parempia puitteita voinut toivoa! Ja sitten kaikenlisäksi pääsi moista ilmiöitä ihmettelemään ja ihastelemaan siinä luistellessa
What a wonderful world indeed<3

Jos valokuvaus kiinnostaa niin kuviani löytyy:
instagram.com/mpxmark
fb.com/mpmarkphoto

[Astronautiskelija]

Oliko polarisaatiosuodin käytössä?

[mpmark]

Taisi olla joo, mutta ilmiö näkyi myös ilman kameraa, ja bongasinkin sen luistellessani (minulla tosin oli aurinkolasit, mutta tyttöystäväni muistaakseni onnistui näkemään ilmiön ilmankin aurinkolaseja). Yleensähän valoilmiöiden kuten sateenkaaren ja halojen kanssa polarointi-asennossa oleva filtteri ennemminkin häivyttää ilmiön, kuin toisinpäin..? Ja kyllä muistaakseni juuri siksi, kuten yleensä, yritinkin väännellä filtteriä niin, että ilmiö tulisi paremmin esille.

[Timo Kuhmonen]

Empä osaa itsekään sanoa mikä ilmiö kyseessä. Kuvasta ei suoraan selviä, oliko esim jään pinnassa jotain poikkeavaa (aurinkoa peittävän henkilön ja auringon välissä).

Olitko laittanut kuvan esim Taivaanvahtiin? Siellä löytyy myös asiantuntijoita...

Toinen hyvä lähde ilmiöille on tämä Les Cowleyn sivu. Muutamiin omiin kysymyksiin olen sieltä saanut tosi kattavat vastaukset (mm kangastusilmiöt). Siellä on nyt kommentti, ilmeisesti uusien kuvien julkaisu keskeytetty joksikin aikaa (OPOD, optics picture of the day)
http://atoptics.co.uk/

[Timo Kuhmonen]

Lisätään vielä tämä blogi. Tuonne voi tarvittaessa lähettää kuvia ilmiöistä tunnistettavaksi...
https://atoptics.wordpress.com/

[avanti]

Taisi olla joo, mutta ilmiö näkyi myös ilman kameraa, ja bongasinkin sen luistellessani (minulla tosin oli aurinkolasit, mutta tyttöystäväni muistaakseni onnistui näkemään ilmiön ilmankin aurinkolaseja). Yleensähän valoilmiöiden kuten sateenkaaren ja halojen kanssa polarointi-asennossa oleva filtteri ennemminkin häivyttää ilmiön, kuin toisinpäin..? Ja kyllä muistaakseni juuri siksi, kuten yleensä, yritinkin väännellä filtteriä niin, että ilmiö tulisi paremmin esille.

Tähän väliin sellainen kommentti, että Polaroid aurinkolaseilla näin metron ikkunassa pyöreitä sateenkaaren värisiä renkaita. Joten kyllä polarisoivilla aurinkolaseilla voi nähdä valoilmiön, jota ei näe paljain silmin.

ML

[Pappis]

Tähän väliin sellainen kommentti, että Polaroid aurinkolaseilla näin metron ikkunassa pyöreitä sateenkaaren värisiä renkaita. Joten kyllä polarisoivilla aurinkolaseilla voi nähdä valoilmiön, jota ei näe paljain silmin.

Tässä on kyse siitä, että lasissa on jännityksiä. Polaroimattomalla valolla niitä ei näe, mutta Polaroid-lasien läpi ne näkyvät, koska lasin sisäiset jännitykset muuttavat taittokertoimia paikallisesti ja aallonpituudesta riippuvasti.

[mpmark]

Kiitos kaikille vastauksista, ja kiitos TiKu vinkeistä! Pitääpi laittaa myös Taivaanvahtiin ja tuonne atopticsin foorumille.

En oikein itse usko, että aurinkolaseilla tai polaarisuotimella olisi ollut tässä tekemistä. Nyt kun vielä katsoin kännykällä otettuja pätkiä tuosta luistelusessiosta, näkyi sama ilmiö muutamassa kohdassa erittäin hyvin myös videolla ja liikkeessä.

..Kuvasta ei suoraan selviä, oliko esim jään pinnassa jotain poikkeavaa (aurinkoa peittävän henkilön ja auringon välissä).

Ilmiö siis näkyi liikkuessa eri kohdissa, jossain hiukan selkeämmin. En usko että tässä kyseisessä kohdassa oli siis mitään kovin poikkeavaa. Jään pinta oli yleisesti täynnä pieniä epätasaisuuksia ja halkeamia jne. ..mutta heijastavuudeltaan monessa kohtaa peilin luokkaa.
Näyttää siis siltä, että kirkas auringonsilta luo jonkun mekanismin/ilmiön kautta värikkäät vanat molemmille puolilleen (valon eri aallonpituuksien heijastusta ja taipumista/taittumista epätasaisesta jäästä?), ja perspektiivistä johtuen ne näyttävät lähempänä leviävän kauemmas tuosta heijastuksesta. En myöskään usko että ilmiö syntyy suorasta auringonvalosta vaan nimenomaan tuosta heijastuksesta ja siitä sivuille leviävästä valosta.
Eniten kiinnostaa siis kuinka ilmiö tarkalleenottaen syntyy, ja miksei tämä olisi yleisempi ilmiö..onko tässä siis kenties jotain erikoisempaa meneillään..?

[mistral]

Voisko jotenkin valo mennä jään läpi ja heijastua alapinnalta takaisin ylös? Ja siinä jää tekisi saman kuin öljy veden pinnassa, siinäkin näkyy värejä.

[Astronautiskelija]

Nyt on jäänyt hiukan epäselväksi se, että liittyikö väri-ilmiö pelkästään auringonvalon heijastumiseen jäästä vai myös luistelijan läsnäoloon. Mitä ilmiölle tapahtui ekan viestin valokuvan tilanteessa sitten, kun luistelija siirtyi sivuun? Voiko luistelijan massa aiheuttaa jäähän paikallisen jännityksen, joka näkyy väreinä polarisaatiosuotimella?

[mpmark]

Kiitos jälleen hyvistä vastauksista/vasta-kysymyksistä/pohdiskeluista!

Jostain kahtaistaittavuus/interferenssi ilmiöstä siis kaiketi on kyse. Myönnettäköön että menee jo itsellä vähän yli hilseen fysiikka noiden takana, mutta mukava se on yrittää selvittää ja ymmärtää :D ..ja erityisesti kiehtoo onko tässä siis jotain erikoisempaakin taustalla, sillä ilmiö vaikuttaa olevan erikoisempi/harvinaisempi, kuin voisi äkkiseltään luulla puitteiden perusteella..? Ilmiön syntyyn otollinen jäänpinta on kai tässä se yksi päävastaus..sekä se mysteeri..

Havaitsin ilmiön siis ensikertaa luistellessani, vasta sen jälkeen yritin tarkoituksella saada siitä jonkinlaisen kuvan. Ilmiö näkyy myös kuvissa, joissa en ole tuossa kameran ja auringon välissä. Se näkyi jossain kohdissa paremmin. Taisi aina olla ns. "paremman" näköisen eli näennäisesti sileämmän ja heijastavamman jään kohdalla, ja yritin sen mukaan valita kuvauskohdan. Näin jälkeenpäin kun katselin muutamia videopätkiä, joita otin luistellessani, näkyi ilmiö sattumalta niissäkin. Tässä linkki ihponella otettuun videopätkään jossa ilmiö näkyy muutaman sekunnin ajan videon alussa n. 0.05s kohdalta eteenpäin: 
https://drive.google.com/open?id=1QzJn8CENCtJ-gxX0oTvXF-_OhVNucpKV
Näkyi siis ilmankin polarisaatiosuodinta tai aurinkolaseja. Harmillista näin jälkikäteen, etten tajunnut leikkiä filtterin kanssa nähdäkseni kuinka se olisi vaikuttanut, taikka tarkastella jään pintaa tarkemmin. Luistelun into vei mennessään (sekä sitä seurannut auringonlaskun metsästys).
En muista lämpöasteita, mutta veikkailisin että -5 - -10C välillä, joten vettä jään pinnalle ei ollut satanut, eikä jään pinnalla voinut olla sulaa vettä, mutta pilvettömän päivän aurinko on mahdollisesti päivän aikana sulattanut ja jäädyttänyt jään pintaa, luoden kenties otollisia olosuhteita ilmiön syntyyn?

[mistral]

Epäilen tosin vahvasti eilistä ideaa että jään alapinnalla olisi mitään tekemistä värien kanssa, ehkä tuo jännitys jäässä voisi olla oikea?

[VeikkoM]

Värien luonteesta päätellen kyseessä on joku todennäköisesti interferenssin aiheuttama ilmiö.   Se ei näytä oikein luoteeltaan prisman tai hilan aiheuttamaa valkoisen valon jakautumista spektriksi.

Interferenssin voi aiheuttaa valonsäteen jakautuminen rajapinnalla kahteen osaan ja heijastuminen eri pinnoilta hiukan eri vaiheissa.  Näin esimerkiksi öljy- tai rasvakalvoista nesteen pinnalla.  Tuntuisi silti epätodennäköiseltä (vaikkakin mahdolliselta), että jääpinta sekä jään ja veden rajapinta toimisivat kahtena heijastavana pintana, jotka synnyttäisivät yhdessä interferenssin.   Voisiko jäässä olla jotain ohuita kalvoja, jotka voisivat olla syyllisiä.

Kahtaistaittavuus mielestäni vaatii, että kappaletta katsotaan toiselta puolelta kuin valonlähde, siis jään alta tässä tapauksessa. Toisaalta veden pinta jään alla voi toimia peilinä ja tullessaan jään läpi jännityksen alla olevassa jäässä voisi tapahtua kahtaistaittavuutta. Tämän havaitsemiseen kaiketi tarvitaan kuitenkin polarisaatiosuodin.  En ole myöskään kuullut, että vesijää oli aine, jossa tällaista ilmiötä syntyisi.

Nämä ovat lähinnä pohdintoja.

[mpmark]

Kiitos jälleen vastauksista ja pohdinnoista!

Tuosta jään jännityksestä sen verran, että ilmiö ei muuttunut kuvissa miksikään olin sitten kuvassa tai en. Ja epäilen vahvasti, että luisteleminen/läsnäolomme olisi vaikuttanut ilmiön syntyyn.

Pakkasta oli reilusti, eikä sateita ollut ollut viikkoihin. Uskon vahvasti, että tuo suolampi oli pohjaan asti jäässä.
Muistan kylläkin nähneeni muutaman kerran nimenomaan kirkkaalla suolammen jäällä paljon hienoja kuviota, kuten halkeamia ja jään sisään jääneitä metaanikuplia. Kyseisen jään pinnalla en muista metaanikuplia nähneeni, mutta näennäisesti sileän jään pinta oli täynnä pieniä epätasaisuuksia ja halkeamia..ja kenties ohuita erillisiä jääkerroksia pinnassa(?)
Miksei kahtaistaittavuuskin voisi olla mahdollista, jos jään pinta tosiaan olisi koostunut ohuista erillisistä kerroksista.
Tässä esimerkki jään kahtaistaittavuuden aiheuttamasta ilmiöstä: https://www.atoptics.co.uk/fz349.htm
Se vain ihmetyttää, että ilmiö näkyi mielestäni yhtä hyvin ei-polarisoivilla aurinkolaseilla, sekä tuolla kännykkävideolla, kuin polarisuotimen läpi. Kahtaistaittavuuden tapauksessa vaikuttaisi siltä, että polarisoiva suodin vahvistaa ilmiötä huomattavasti..siksi kallistuisinkin jonkinlaisen interferenssi-ilmiön puoleen.

[mpmark]

Tälläisen vastauksen sain valo ja värioppiin perehtyneeltä professori Dietrich Zawischalta, Hannoverin yliopiston teoreettisen fysiikan osastolta:
"thank you very much for the interesting picture (and for the links to your other phantastic pics too)!
I have never seen this phenomenon of colourful arcs on ice, and I never saw a similar picture. Such beautiful natural ice is very rare, and I guess that this optical effect is so uncommon that it has not yet got a name. I would call it "a strange interference pattern on ice". It puzzles me a lot and I have no explanation ready. Do you have a close-up of the surface of the ice?
The sequence of colours points to interference as the cause, but as yet I have no idea what could lead to this peculiar shape of coloured fringes. I shall try to find out and if I succeed to get  a plausible explanation, I shall inform you."

En osannut odottaa, että ilmiö olisikin näin erikoinen. Olisinpa tajunnut perehtyä tutkimaan jo paikan päällä enemmän jään pintaa ja polaarisuotimen vaikutusta jne. Tosin en vieläkään usko, että polaarisuotimella on tässä juuri vaikutusta, sillä ilmiö näkyi ilman polarisoivia laseja sekä tuolla kännykkä videolla (ja epäilen suuresti, että esim. tuossa iphonessani on sisäänrakennettua polaarisuodinta). Tuskin on myöskään merkitystä omalla läsnäolollani kuvassa, sillä se näkyi yhtälailla kuvissa, joissa en ollut, sekä tuolla videolla..ellei alun alkujaan meidän jäälle astuminen ja luistelumme olisi vaikuttanut jään ominaisuuksiin jotenkin ratkaisevasti. Epäilen tätä tosin. Lampi on aika varmuudella myös ollut jääddä pohjaan asti. Jään (pinnan) ominaisuudet ovat tässä nyt ilmeisesti se lopullinen mysteeri..