Informatycy z UC San Diego, w tym słynny grafik Henrik Wann Jensen, postanowili stworzyć komputerowe symulacje wszystkich tęczy odkrytych w naturze. Dzięki temu wiele pytań o fizykę tego zjawiska atmosferycznego znalazło odpowiedź. W badaniach odtworzono różnorodne tęcze: te normalne, wtórne, powstające o zachodzie słońce i tworzące się w mgliste dni.
Użycie zaawansowanej techniki sprawiło, że udało się również zobaczyć, jak światło oddziałuje na krople wody o różnym kształcie i rozmiarze.
Iman Sadeghi, Henrik Wann Jensen oraz naukowcy z Hiszpanii, Anglii i Szwajcarii opublikują wnioski ze swoich badań już w grudniu tego roku.
- Wykracza to poza grafikę komputerową. Teraz mamy prawie kompletny obraz tęczy – komentuje Jensen. Badaczowi nie jest obca idea postępu w grafice komputerowej. W 2004 roku zdobył Oscara za ożywienie i realistyczny wygląd animowanych postaci. Pracował nad wieloma hollywoodzkimi hitami, w tym nad "Avatarem" Jamesa Camerona.
Misja: podnieść jakość animacji komputerowej
Początkowo zaczęli symulację tęczy po to, aby dowiedzieć się, jak kuliste krople wody wchodzą w reakcję ze światłem w wielobarwnych łukach, które malują się na niebie, jak pada deszcz albo podczas wilgotnej, tropikalnej pogody. Robili to mając nadzieję, że w ten sposób poprawią technikę komputerową stosowaną w animacjach filmowych i w grach video.
- Najczęściej nie masz możliwości studiowania tak pięknego zjawiska, jak tęcza, pracując nad swoim doktoratem – komentuje Sadeghi, który aktualnie jest inżynierem oprogramowania w dziale grafiki w Google w Santa Monica.
"Burgeroids", z czym to się je?
W momencie rozpoczęcia symulacji, naukowcy uświadomili sobie, że interakcja światła z kulistymi kroplami wody nie może wyjaśnić powstawania niektórych rodzajów tęczy, np. podwójnych. Zwrócili uwagę na to, że w momencie, gdy kropla wody spada, ciśnienie atmosferyczne spłaszcza ją.
Jensen i jego zespół nazwał te nieznacznie zniekształcone krople wody mianem "burgeroids", ponieważ kształtem przypominały im właśnie burgery.
- To nie jest bardzo matematyczne pojęcie, ale jak go nie używać – śmiał się Jensen. Symulacje z użyciem tzw. burgeroidów, a nie kropel wody pozwoliła im na odtworzenie wielu tęczy występujących w przyrodzie.
- Jako pierwsi przeprowadziliśmy dokładną symulację powstawania podwójnej tęczy – chwali się Sadeghi.
Wiemy jak powstaje, ale czemu jest różna?
Podstawowy mechanizm powstawania tęczy jest znany od wielu lat. Powstaje one w wyniku rozszczepienia światła załamującego się i odbijającego się wewnątrz kropli wody o kształcie zbliżonym do kulistego. Samo rozszczepienie jest efektem zjawiska dyspersji powodującego różnice w kącie załamania światła o różnej długości fali przy przejściu z powietrza do wody i z wody do powietrza. Problem pojawia się, wtedy, kiedy zastanawiamy się, dlaczego każda tęcza jest inna.
- Różnice w wyglądzie tęczy uzależnione są od rozmiaru i kształtu kropli deszczu – mówi Sadeghi.
Zaskakującym jest fakt, że fizyka tęczy nie została jeszcze do końca poznana. W przeszłości wybitni naukowcy, w tym Isaac Newston czy francuski matematyk Rene Descartes, robili obliczenia i przeprowadzali eksperymenty, aby wytłumaczyć powstanie tęczy. Jednak dziś fundusze na badania nad tym zjawiskiem atmosferycznym są niezwykle skąpe.
Wszystko ma swój początek
Poszukiwania prawdy o tęczach rozpoczęły się od konferencji pt. "Światło i kolor w naturze" w St. Mary's College w mieście St. Mary w stanie Maryland, w której Jensen brał udział. Spotkał na niej Philipa Lavena, eksperta od tęczy, który szybko stał się jednym ze współautorów badania.
Do tej pory większość symulacji tęcz zakładało, że krople wody są kuliste, co nie jest prawdą w przypadku dużych kropli deszczu. W tej pracy badawczej naukowcy mieli zupełnie inne podejście, co zaowocowało bardziej realistycznym modelem odtworzenia naturalnej tęczy.
- Symulacje przedstawione w tym opracowaniu mogą zaowocować lepszym zrozumieniem fenomenu tęczy w naturze. Mam nadzieję, że kolejnym krokiem będzie wykorzystanie nowych technik systematycznego badania tęcz powstałych przez realistyczne w kształcie krople deszczu – podsumowuje Laven.
I co dalej?
Jensen, Sadeghi, Laven i ich koledzy zamierzają przedstawić szczegółowe wnioski na konferencji w 2012 roku w Los Angeles. Jensen weźmie również udział w kolejnej konferencji z cyklu "Światło i kolor naturze", która tym razem odbędzie się na Alasce. Czy tym razem naukowiec postanowi rozpocząć pracę nad symulacją zorzy polarnej?
Autor: usa//aq / Źródło: sciencedaily.com