Az égbolt polarizálatlan pontjai

GÁL JÓZSEF–HORVÁTH GÁBOR–POMOZI ISTVÁN–RÜDIGER WEHNER
Az égbolt polarizálatlan pontjai,
avagy amit már Arago, Babinet és Brewster is ismert, de eddig közvetlenül még senki sem látott
Első rész

Amikor a felkelő vagy lenyugvó Nap pírjában vagy a derült égbolt mély kékjében gyönyörködünk, nem is sejtjük, hogy e légköri optikai tünemények mögött az emberi szem számára láthatatlan, légkörfizikai eredetű fénypolarizációs mintázatok és foltok is meghúzódnak. E rejtett foltokat felfedezőjükről, a tudománytörténetben fontos szerepet játszó tudósokról, Aragóról, Babinetről és Brewsterről nevezték el. Ők mutatták ki elsőnek, hogy a poláros égbolton három kitüntetett helyzetű pont létezik, ahol az égboltfény polarizálatlan, azaz semleges (neutrális). Habár az 1810-es, ill. 1840-es években történt felfedezésük óta az Arago-, Babinet- és Brewster-féle neutrális pontok mind a mai napig a légköri optika kedvenc vizsgálati tárgyainak számítanak, alkalmas leképező eljárás hiányában egészen napjainkig senki sem láthatta azokat közvetlenül. Cikkünk első részében a tudománytörténeti hátteret vázoljuk fel, a következő részben pedig arról számolunk be, miként tudtuk elkészíteni e neutrális pontok első hiteles portréját a spektrum vörös, zöld és kék színtartományaiban egy tunéziai sivatagi expedíció alkalmával. Mindezt egy olyan távérzékelési eljárás, a videopolarimetria tette lehetővé, amelyet egyre inkább alkalmaznak a légkörtudományokban is.
Az égbolt polarizációjának és neutrális pontjainak felfedezése
Történetünk nem a “régi görögökkel” kezdődik, hanem azzal, hogy időszámításunk szerint 1000 körül “már a ráégi vikingek is” kihasználták az égboltfény polarizációját (sarkítottságát) az Atlanti-óceánon való hajózásaik során. Navigációjuk nappal elsősorban a Nap irányának ismeretén alapult. Nagy bajban lettek volna azonban, ha nincs valamilyen kiegészítő orientációs módszerük is. Még nem rendelkeztek ugyanis iránytűvel, és így eltévedtek volna a nyílt vizeken, amikor a Nap a horizont alatt, vagy felhők által takarva volt. Ez pedig gyakran előfordult lakóhelyüknek a sarkkörhöz való közelsége miatt.
A vikingek már ismerték bizonyos, általuk “napköveknek” nevezett természetes kristályok (pl. a kordirit vagy turmalin) azon (az optikában dikroizmusként ismert jelenségre visszavezethető) sajátságát, hogy ha egy ilyen ásványon át nézték az égboltot és megfelelő módon ide-oda forgatták a szemük előtt, akkor az égboltfény erőssége és színe a forgatás szerint váltakozott. Ennek az az oka, hogy az égboltfény részlegesen polarizált, egy dikroikus kristály pedig attól függő mértékben ereszti át az ilyen fényt, hogy milyen annak a beesési iránya, valamint hullámzása, és mekkora szöget zár be a rezgéssíkja a kristály optikai tengelyeivel.
Ilyen kristállyal figyelték meg a vikingek az égboltfény polarizációjának a szoláris meridiánra (vagyis az égboltnak a Napon és a zeniten áthaladó főkörére) tükörszimetrikus eloszlását. Ennek segítségével még akkor is képesek voltak meghatározni a szoláris meridián, azaz a Nap irányát, mikor a Nap köd vagy felhők miatt nem volt látható, de az égbolt jó része igen. Ez a fajta navigáció természetesen teljesen borult időben nem működött. (Meg kell jegyeznünk, hogy a vikingek dikroikus napkövek használatán alapuló tengeri tájékozódására vonatkozó, szórványos régészeti és történelmi adatokkal alátámasztott elméletet néhány kutató kétségbe vonja.)
Természetesen a vikingek semmit sem tudhattak az égboltfény mibenlétéről vagy a fénypolarizációról, ill. a dikroizmusról. Ők csak a “napkövek” említett tulajdonságát ismerték és az égbolt szoláris meridiánra való tükörszimmetriáját. De ez elég is volt nekik a tengeri navigációjukhoz. Megfelelően pontos dokumentáció és kellően erős kulturális kölcsönhatások hiányában azonban ez az ismeretük nem öröklődött át más népekre, nem folytatódott más kultúrákban.
Így fordulhatott elő, hogy mintegy nyolc évszázaddal a vikingek után 1809-ben Dominique Francois Jean Arago (1786–1853) francia fizikus és csillagász (1. ábra) újra felfedezte az égboltfény polarizációját. Ennek előzményéül szolgált, hogy 1669-ben a dán Erasmus Bartolinus (1625–1698) felfedezte a kalcit- (mészpát-) kristály kettős törését, majd 1690-ben a holland Christian Huygens (1629–1695) a kalcit által kettősen megtört fény polárosságát, 1808-ban pedig Étienne Louis Malus (1775–1812) észrevette a visszaverődő fénynek a felülettel párhuzamos sarkítottságát.
Arago a felfedezése után nekilátott meghatározni az égbolt polarizációjának eloszlását, valamint kimérni a sarkítottság maximumát és annak helyét. Eközben fedezte fel, hogy az égboltnak a Nappal átellenes oldalán lévő “anti-Nap” fölött, az antiszoláris meridián egy pontjában zérus a polarizáció foka, vagyis az innen jövő fény polarizálatlan, azaz semleges (neutrális).

1. ábra Dominique Francois Jean Arago (1786–1853),
az égbolt első neutrális pontjának felfedezője

A fénypolarizáció jelenségének a vikingektől független újrafelfedezése tudománytörténetileg azért volt jelentős, mert ez vezetett el annak felismeréséhez, hogy a fény nem longitudinális (tehát nem a terjedési iránnyal párhuzamos rezgésű), hanem transzverzális (azaz a terjedési irányra merőleges rezgésű) hullámforma. Thomas Young (1773–1829) 1817-ben vetette fel először a fényhullám transzverzális voltát egy Aragónak írt levelében. Augustin Fresnel (1778–1827) 1821-ben dolgozta ki a fénypolarizáció elméletét
(Fresnel-formulák s látt be, hogy a kettős törés longitudinálisnak elgondolt fényhullámokkal nem magyarázható meg, mert csak transzverzális hullámokkal lehet megindokolni a különböző irányokban poláros komponensek közti interferencia hiányát. A polarizált fénnyel végzett interferencia-kísérletei elég alapot szolgáltattak ahhoz, hogy kimondhassa a fényrezgés transzverzális jellegét.
A fény hullámtermészetéért kardoskodó Huygens még lingitudinális hullámnak képzelte a fényt. Ezzel szemben Isaac Newton (1642–1727) a fényt részecskék terjedéseként értelmezte, és a polarizáció miatt a fényrészecskéket új tulajdonsággal, a pólusokkal ruházta fel. Innen ered a Malus-teremtette “fénypolarizáció” (magyarul “fénysarkítás”) szó.
Az égbolt első neutrális pontjának Arago általi felfedezése (1810 körül) után 1811-ben Jean Baptiste Biot (1774–1862) kimutatta, hogy a szivárvány is poláros. Ezután mintegy harminc év telt el, mire 1840-ben Jacques Babinet (1794–1872) francia fizikus és meteorológus megtalálta az égbolt második neutrális pontját. A Babinet-féle pont a szoláris meridiánon, a Nap fölött helyezkedik el kb. ugyanakkora szögtávolságra, mint az Arago-pont az anti-Naptól.
Mai szemmel nézve a Babinet-pont megtalálásának az Arago-pont felfedezésétől számított három évtizedes késése annál inkább meglepő, mert az égbolt polarizációjának vizsgálata akkoriban egyike volt a legizgalmasabb tudományos kérdéseknek, másrészt pedig a Babinet-pontot nem volt nehéz megfigyelni az abban az időben használatos, Felix Savart (1791–1841) által feltalált polariszkóppal.

2. ábra. Sir David Brewster (1781–1868),
az égbolt harmadik neutrális pontjának felfedezője

Amilyen sok év telt el az első két neutrális pont felfedezése között, olyan kevéske időbe tellett a harmadik neutrális pont felfedezése a Babinet-pont megtalálásának bejelentését követően. Sir David Brewster (1781–1868) skót fizikus (2. ábra) szimmetriamegfontolások alapján arra a következtetésre jutott, hogy ha létezik egy neutrális pont a Nap fölött, akkor alatta is lennie kell egynek ugyanakkora szögtávolságra. Nekilátott hát egy Savart-polariszkóppal e neutrális pont keresésének. 1842 februárjában sikerrel járt s felfedezte az égbolt harmadik és egyben utolsó, később róla elnevezett neutrális pontját az elméletileg megjósolt helyen. Felfedezését nyomban megírta Babinet-nek, aki többszöri eredménytelen kísérlet után 1846 júliusában megtalálta a Brewster-féle neutrális pontot.
Ezzel be is fejeződött az égboltpolarizáció fő neutrális pontjait felfedezésének a története. Később maga Brewster még egy, másodlagos neutrális pontot is megfigyelt az Arago-pont alatt, s az idő teltével eltérő szerzőktől számos beszámoló született több, rendellenes (másodlagos) neutrális pont megfigyeléséről (pl. az Arago-pont kétoldalán). Ezek az abnormális neutrális ponton nagyon ritkán, speciális meteorológiai viszonyoknak köszönhetően jelentek ill. jelennek meg.
Nem lenne teljes az égboltpolarizáció felfedezésének vázlatos története, ha nem ejtenénk szót Lord Rayleigh, más néven John Wiliam Strutt (1842–1919) Nobel-díjas angol fizikusról (3. ábra), aki elsőnek adott helyes elméleti magyarázatot e jelenségre. Egészen Rayleigh 1871-ben megjelent e tárgyú cikkéig a légköri optika egyik rejtélyének számított az égboltfény intenzitásának, színészek és polarizációjának a magyarázata. Ez ugyanis nem sikerült az addig uralkodó feltételezésekkel, amelyek szerint az égbolt kék színe és polarizációja a népfénynek a légkörben lebegő apró vízcseppeken vagy egyéb részecskéken való törésére és az azokról történő visszaverődésére vezethető vissza.

3. ábra. Lord Rayleigh, alias John Wiliam Strutt (1842–1919),
aki elsőként adott helyes elémleti magyarázatot az égboltfény intenzitásának,
színének és polarizációjának kialakítására

Rayleigh mutatott rá, hogy e légköri optikai jelenségek a napfénynek a fényhullámhossznál sokkal kisebb, légkörbeli részecskéken történő szóródásával magyarázhatók. Az így szóródó fény intenzitása a hullámhossz negyedik hatványával fordítottan arányos, azaz minél rövidebb a hullámhossz (minél közelebb esik az ultraibolya tartományhoz), annál erősebben szóródik a fény. Később e szórási típus Rayleigh-ről kapta a nevét.

A neutrális pontok felfedezői
Arago
A fény hullámtermészetét megalapozó francia iskola legnagyobb tekintélyének örvendő tagja Arago volt, aki egy személyben számított neves fizikusnak, csillagásznak, matematikusnak és közéleti személyiségnek. 1806-ban Biot-val együtt vezette a méter pontos definíciójához szükséges geodéziai méréseket Spanyolországban. 1811-ben neki sikerült kísérletileg kimutatni, hogy a fényelhajlásnak és fényinterferenciának köszönhetően egy kis körlap árnyékának középpontjában mindig világos (az ún. Poisson-féle) folt van, ami különösen meggyőző bizonyítéka volt a fény hullámtermészetének. Ugyancsak 1811-ben mutatta ki, hogy a kvarc a lineáris poláros fény rezgéssíkját bizonyos szöggel elforgatja. E jelenséget nevezzük természetes optikai aktivitásnak. 1812-ben szerkesztette meg üveglapokból a később róla elnevezett polárszűrőt.
Arago 1815-ben fedezte fel a később róla elnevezett törvényt, amely szerint két, egymásra merőleges síkban poláros fényhullám látszólag nem interferenciaképes, mert az eredő fényintenzitás kifejezésében az ún. interferenciás tag a merőlegesség miatt eltűnik, így a két sugár sem erősíteni, sem gyengíteni nem képes egymást; rezgésül eredője ellipszis lesz. E felismerés fontosnak bizonyult az anizotrop (pl. a fényt kettősen törő) közegek optikai tulajdonságainak fenomenologikus leírásában.
Folytatván a természetben előforduló polarizáció felkutatását, 1819-ben Arago megfigyelte, hogy az üstökösök csóvájáról jövő fény is poláros, 1825-ben pedig kimutatta a meteorológiában 22°os halónak nevezett légköri optikai jelenség gyenge polarizációját. 1824-ben demonstrálta az izzó fémek kibocsátotta fény polárosságát, majd ugyancsak ő mutatta ki elsőnek a Hold felszínéről visszavert napfény kicsi, de mérhető polarizációját.
Elgondolása és mérőberendezése alapján 1850-ben Armand Fizeau (1819–1896) és Jean Foucault (1819–1868) mérték meg a fény terjedési sebességét rövid távolságokon levegőben és vízben, mivel maga Arago látása rohamos romlása folytán már nem tudta elvégezni a mérést. Nevét viseli a légkörben fellépő Arago-effektus is: a földi légkör eltérő hőmérsékletű és így különböző törésmutatójú rétegeinek turbulens keveredése miatt a távoli fényforrások (pl. csillagok) fénye a Föld felszínéről nézve vibrálni, jellegzetesen “pislogni” látszik.
Arago maradandót alkotott az elektromos áram mágneses hatásainak vizsgálatában is. Joseph Louis Gay-Lussac-kal (1778–1850) együtt elsőnek készített elektromágnest. Nevét az elektromágneses jelenségek terén az Arago-kísérlet őrzi: forgó rézkorong fölé helyezett mágnestű forgásba jön.
1830-tól kezdve a Francia Akadémia titkára volt. A politikai életben is részt vett (1848-ban miniszter volt), és igen kiterjedt tudománynépszerűsítő tevékenységet is folytatott.
Babinet
A fényforrások spektrumának vizuális tanulmányozására Babinet szerkesztett először prizmás spektroszkópot, amit aztán Gustav Robert Kirchhoff (1824–1887) és Robert Wilhelm Bunsen (1811–1899) használt és fejlesztett tovább 1859-ben. Babinet-ről nevezték el azt az optikai elvet is, amely szerint valahányszor egy megvilágított F felület nyílásai mögött egy elemien kicsi ernyőfelület geometriai árnyékba esik, akkor is, amikor az F nyílásait pontosan befedjük, falait pedig eltávolítjuk, vagyis F-et egy F' komplementer felülettel pótoljuk, mindannyiszor a -en észlelhető elhajlási kép megegyezik a komplementer esetben keletkezővel. A Babinet-elvből következően egy felület mentén szabálytalanul elhelyezkedő részecskéken a fényelhajlás ugyanolyan, mint egyetlen részecskén, csak az elhajlított fény intenzitása sokszorta nagyobb. Ugyanez az oka a sötét szobából párás ablakon át megfigyelhető gyűrűknek, valamint a fátyolfelhők esetén a Hold körül látható “udvar”-nak is.
Ugyancsak Babinet nevét viseli egy kvarcból csiszolt ékpárból álló kompenzátor, amely lineárisan és elliptikusan poláros fény kölcsönös egymásba alakítására, ill. az elliptikusan poláros fény vizsgálatára szolgáló optikai eszköz. Színes, optikailag egytengelyű kristályokra Babinet ismerte fel a kristályok dikroizmusának tanulmányozásánál fontos szabályt, amely szerint az ún. főtörési index irányának egyszersmind a főabszorpciós index felel meg. Kettősen törő színes közegekben ugyanis a törési indexhez hasonlóan az abszorpciós index is iránytól függő lehet.
Több más, fontos fizikai eszközt is épített. Szerkesztett pl. egy higrométert (légnedvességmérőt), egy, az átlátszó anyagok törésmutatójának meghatározására szolgáló szögmérőt és egy kétköpüs légszivattyút. Az utóbbiban egy olyan, róla elnevezett speciális csapot alkalmazott, amellyel jelentősen ki tudta tolni a légritkítás addig határát.
Brewster
Brewster 1813-ban fedezte fel a később róla elnevezett csíkokat, amelyek két, azonos vastagságú, egymással kis szöget bezáró síkpárhuzamos üveglemeznél jönnek létre fényinterferencia révén. E Brewster-féle csíkok vizuális megfigyelésre alapul több olyan interferométer, amely elsősorban kis törésmutató-különbségek mérésére szolgál.
Brewster 1815-ben tapasztalatai úton bizonyította, de csak 1860-ban közölte, hogy egy átlátszó közeg törésmutatója egyenlő a teljes polarizáció szögének tangensével. E Brewster-törvény következménye, hogy teljes polarizációnál a megtört fénysugár merőleges a visszavert sugárra.
Brewster 1833-ban a klorofill, öt évvel később a mészpát floureszcenciáját figyelte meg, 1846-ban pedig kimutatta, hogy a jelenség oka a test belsejében rejlik, és a belső diszperzióra vezethető vissza. Foglalkozott még a hősugárzás különböző közegekbeli elnyelődésével is.
1834-ben ő adott elsőnek magyarázatot a Nap színképében megjelenő Fraunhofer-féle sötét vonalakra. 1832-ban észrevette ugyanis, hogy a gőzökön (pl. a salétromsav gőzén) átvezetett fény spektrumából bizonyos színek hiányoznak. Ilyen elnyelési következménynek tekintette a Fraunhofer-féle vonalakat is. Véleménye szerint a Napból jövő fény teljes színképéből a Föld légköre szűri ki a hiányzó színeket.
A neutrális pontok kialakulásának oka
Lord Rayleigh jött rá elsőnek arra, hogy ha a földi légkörben az eredendően polarizálatlan napfény sugarai (fotonjai) csak egyetlen egyszer szóródnának (e közelítést hívjuk Rayleigh-modellnek), akkor a földfelszínről nézve az égbolt fénypolarizációjának az eloszlása viszonylag egyszerű képet mutatna: (i) A Nap irányától távolodva a polarizációfok nulláról fokozatosan növekedne, mígnem a Naptól 90°ra elérné maximumát, a 100%-ot, majd ismét csökkenni kezdene, s a Nappal ellentétes pontban, az ún. anti-Nap helyén ismét zérus lenne. (ii) Az égboltfény polarizációs iránya, azaz elektromos vektora (E-vektora) mindig merőleges lenne arra a síkra, amely átmegy a földi megfigyelőn, a Napon és az égbolt megfigyelt pontján. E síkot a fizikában szórási síknak nevezik. A légköri optikában pozitív polarizációról beszélnek, ha az E-vektor merőleges e síkra. A Rayleigh-modellben tehát az egész légkörben pozitív a levegőmolekulákon szóródó napfény polarizációja.
A valóságban azonban a fotonok nemcsak egyszer, hanem akár többször is szóródhatnak a légkörben, mire lejutnak a földfelszínre. Ha egy foton egynél többször szóródik, akkor a polarizációjára már nem érvényes a fenti két, Rayleigh-féle szabály. A többszörösen szórt fény E-vektorának az iránya már nem lesz merőleges a szórási síkra, s előfordulhat az is, hogy közel vagy éppen párhuzamosan lesz azzal, mikor is negatív polarizációról beszélünk. Minél gyakoribb a légkörben a fotonok többszörös szóródása, annál jobban eltér az égbolt polarizációja a Rayleigh-modell jósolta helyzettől, azaz egyre nagyobbá válik a negatív polarizációs járulék. Ennek eredményeként az eredő polarizációfok egyre kisebb lesz. A később Nobel-díjas indiai származású fizikus, légkörfizikus és asztrofizikus, S .Chandrasekhar (1950) ismerte fel, hogy milyen nagy jelentőségű a többszörös szórás az égboltfény polarizációjának alakulásában.
Az égbolt azon helyei tökéletesen polarizálatlanok, ahonnan egyforma mennyiségű, pozitívan és negatívan poláros szórt fény sugárzódik a földi megfigyelő felé. Itt jönnek létre a neutrális pontok. E pontok és a Nap, ill. anti-Nap között negatív a polarizáció, míg az égbolt más részein pozitív. A teljes égbolt polarizációfokának átlaga 40%. Az anti-Nap és az Arago-féle neutrális pont közötti negatív polarizáció fokának maximuma 20–30%, míg a Nap és a Babinet-, valamint a Brewster-féle neutrális pontok között fellépő negatív polarizációé csak 6% körüli. Ez az oka annak, hogy az Arago-pontot sokkal könnyebb polariszkópokkal megfigyelni, mint a másik kettőt.
Konkrét példaként tekintsük az Arago-pont kialakulását a Nappal szemközt lévő anti-Nap fölött naplementekor (vagy napkeltekor). Ekkor az égbolt elsődleges fényszórásból eredő globális polarizációjára az jellemző, hogy a horizont közelében függőleges az E-vektor, azaz negatív a polarizáció, s távolodván a horizonttól, egyre inkább pozitívvá válik. Mivel a Nap a horizont alatt tartózkodik, az égboltnak az anti-Nap környéki része főleg a légkör alsóbb, horizonthoz közeli régióiból kapja a megvilágítást, ami mint említettük, negatívan poláros. Az anti-Nap közelében lévő levegőmolekulák ezt a negatív polarizációjú fényt szórják vissza, s ezért lesz az égbolt e része is negatívan poláros. Az égboltnak az anti-Naptól távolabbi részei egyre több, pozitívan poláros fényt kapnak az atmoszféra pozitív polarizációjú felsőbb részeiből, így itt az eredő polarizáció pozitívba csap át. Az átcsapás pontos helyén, ahonnan polarizálatlan fény jön, figyelhető meg az Arago-pont. Hasonlóan vezethető le és magyarázható kvalitatíve a Babinet- és Brewster-pontok kialakulása.
A neutrális pontok pontos helye tehát erősen függ a megvilágítási viszonyoktól. Ebben a Nap égbolton elfoglalt helye döntő szerepet játszik, hiszen az elsődleges fényforrás a Nap. Másik fontos járuléknak számít a Föld felszínéről visszavert fény mennyisége és polarizációja. Ha az utóbbi pozitív (pl. nagy vízfelületekről az atmoszférába visszavert vízszintesen poláros fény esetén), akkor kissé megnő az égbolt pozitívan poláros része, azaz csökken a negatív polarizációjú régiók kiterjedése. Mivel e régiók mindig a neutrális pontok és a Nap, ill. anti-Nap között fordulnak elő, ezért ekkor a neutrális pontok közelebb húzódnak a Naphoz, ill. anti-Naphoz. Ha viszont a földfelszínről visszavert fény negatívan poláros (magas albedójú, nagy kiterjedésű, érdes, pl. frissen behavazott felületeknél), akkor értelemszerűen kissé kiterjednek a negatív polarizációjú égbolttartományok, s ilyen esetben a neutrális pontok távolodnak a Naptól, ill. anti-Naptól.
A neutrális pontok kialakulásában fontos szerepet játszó harmadik tényező a fény hullámhossza. Szokványos, tiszta légköri viszonyok mellett általános szabály, hogy minél rövidebb a hullámhossz, annál kisebb az égboltfény polarizációfoka. E jelenséget nevezik diszperziónak, azaz a fény hullámhosszától való függésnek. Nagyobb hullámhosszak esetén (l>500 nm ) csak kevésbé függ a polarizáció a fény színétől; de igen erős e függés a rövidebb hullámhosszaknál. Ennek oka is a fény többszörös szóródásában keresendő. A fény egyszeres (elsődleges) szóródásából származó pozitív polarizáció foka alapvetően független a fényhullámhossztól. A többszörös szórás azonban, mint láttuk, negatív polarizációt eredményez, ami csökkenti az eredő polarizációt. Minél intenzívebb a többszörös szórás, annál erősebb a negatív polarizáció hatása, azaz annál kisebb a polarizációfok. A szóródás Rayleigh-féle törvényéből következően a fény annál erősebben szóródik, minél kisebb a hullámhossza. Márpedig többszörösen csak akkor szóródhat egy foton, ha egyszer már szenvedett szóródást. Ily módon a rövidebb hullámhossz-tartományokban a Rayleigh-szórás eredményeként sokkal erőteljesebb a többszörös fényszórás, azaz drasztikusan kisebb a polarizációfok.
A fényszórás erősségének diszperziója tehát azt eredményezi, hogy a Napot és anti-Napot környező negatív poláros régió a rövidebb hullámhosszak esetén kiterjedtebb, mint a hosszabbakra. Ennek az a végső következménye a neutrális pontok helyére, hogy azok az ultraibolya és kék színtartományban távolabb helyezkednek el a Naptól, ill. anti-Naptól, mint a spektrum zöld és vörös tartományaiban. Mindez szépen demonstrálja az égboltfény polarizációjának hullámhosszfüggését.

Második rész
Az Arago-pont 20–30^o-ra helyezkedik el a tiszta égbolton az anti-Nap fölött a szoláris meridiánon (1.A ábra). Mivel az Arago-pont az égboltnak a Nappal szemközti, polárosabb és sötétebb félgömbjén keletkezik, ezért a három neutrális pont közül ez figyelhető meg a legkönnyebben. Ez az oka annak, hogy az Arago-pontot sokkal többször vizsgálták tudományos céllal, mint a másik kettő neutrális pontot együttvéve.

1. ábra. Az égboltpolarizáció Arago-, Babinet- és Brewster-féle neutrális pontjainak az elhelyezkedése a szoláris és az antiszoláris meridiánon

A Babinet-pont a szoláris meridiánon 25°-30°-ra található a Nap fölött (1. ábra). E helyzete teszi lehetővé, hogy bármikor megfigyelhető, ha a Nap a horizont fölött tartózkodik, továbbá több tíz percig is észlelhető napfelkelte előtt és napnyugta után. Mivel a Babinet-pont az égboltnak a Naphoz közelebbi és így világosabb és kevésbé poláros félgömbjén alakul ki, ezért valamivel nehezebben észlelhető, mint az Arago-pont.
A Brewster-féle neutrális pont 25°-30°-ra keletkezik a szoláris meridiánon a Nap alatt (1.B ábra). Mivel az égboltnak a Nap és a horizont közti része a legvilágosabb, és a horizonthoz közel a pára és az aeroszol a többszörös fényszórás miatt jelentősen csökkenti a polarizációfokot, ezért a Brewster-pontot igen nehéz megfigyelni.
A neutrális pontok vándorlása
Szokványos légköri viszonyok között a tiszta égbolton csak két neutrális pont látható egyszerre: vagy az Arago- és a Babinet-pont (1A ábra), vagy pedig a Babinet- és a Brewster-pont (1B ábra). A Nap égbolton történő vándorlásával szinkronban a neutrális pontok is mozognak az égen. Az Arago-pont az anti-Nap helyváltoztatását követi, ami ellentétes irányú a Napéval: pl. amint napkelte után a Nap egyre feljebb kúszik az égen, az Arago-pont egyre lejjebb vándorol, mígnem a horizont alá bukva teljesen eltűnik. Naplementekor természetesen ellenkező értelmű a helyváltoztatása. A Babinet- és Brewster-pontok ellenben a Nap mozgását követik: pl. a Nap emelkedésekor egyre közelebb kerülnek hozzá, és mikor a Nap a zenitre ér (ami persze csak a térítőkörök között fordulhat elő), akkor e két pont egyetlen neutrális ponttá olvad össze, amelynek pozíciója egybeesik a Napéval.
Általánosan elterjedt hibának számít az optikai és a meteorológiai tankönyvekben (pl. Czelnai Rudolf: Bevezetés a meteorológiába I., Tankönyvkiadó, 1979 vagy Budó Ágoston és Mátrai Tibor: Kísérleti fizika III., Tankönyvkiadó, 1980), hogy egyazon ábrán egyszerre szokták ábrázolni mindhárom neutrális pontot úgy, mintha azok egy időben lennének észlelhetőek a horizont fölött.
Meteorológiai jelentőségük
Tudománytörténeti érdekesség, hogy a neutrális pontok pozíciómérésének sokkal több időt és energiát szenteltek, mint az égboltpolarizáció bármilyen más sajátságának. Ennek oka, hogy a neutrális pontok pontos helye az égbolton érzékeny indikátora a légkörbeli aeroszol mennyiségének és fajtájának. Minél több az aeroszol mennyisége, annál erőteljesebb a fény légkörbeli többszörös szóródása, annál kiterjedtebbek a negatívan poláros égbolttartományok, s annál nagyobb a neutrális pontoknak a Naptól, ill. az anti-Naptól mért szögtávolsága.
Ily módon a neutrális pontok számos meteorológiai vizsgálat tárgyai voltak úgy a 19. mint a 20. század folyamán. Tudományos népszerűségük és a légkörtudományokbeli gyakorlati jelentőségük ellenére eddig közvetlenül még senki sem látta e pontokat, aminek az oka mindeddig a fénypolarizáció eloszlását nagy térbeli felbontással mérni és megjeleníteni képes, nagy látószögű polariméterek hiánya volt.
Észlelésük
A neutrális pontok legtöbb megfigyelését vizuális úton végezték az ún. Savart-féle polariszkóppal. Ezt az egyszerű eszközt széles körben alkalmazták a 19. század első évtizedeitől kezdve, és a modern elektronikus polariméterek még manapság sem tudták teljesen kiszorítani a használatból. A Savart-polariszkópban két kvarckristálylapka van befogva egy fémcső belsejében oly módon, hogy mögöttük egy analizátor, pl. Nicol-prizma vagy másfajta polárszűrő helyezkedik el. Ha ezen optikai rendszeren részlegesen lineárisan poláros fény halad át, akkor a látótérben párhuzamos fekete--fehér sávok sorozata keletkezik és válik megfigyelhetővé. Ha a polariszkópba beeső fény polarizációja pozitívról negatívra vált (vagy fordítva), akkor a poláros fény keltette sávok a sávköz másfélszeresével tolódnak el oldalra. Ily módon az égbolt egy neutrális pontja a polariszkóp látóterében megjelenő sávrendszer hirtelen eltolódásának formájában észlelhető. E polariszkópot egy, a térszögek mérésére alkalmas goniométerre szerelve, nagy pontossággal meghatározható a neutrális pontoknak a horizonttól mért szögtávolsága (elevációja); nem kell mást csinálni, mint leolvasni a goniométer függőleges szögállását a sávok eltolódásának bekövetkeztekor.
A Savart-polariszkóppal tehát detektálhatók a neutrális pontok, és akkurátusan mérhető az elevációjuk, de nem tehetők közvetlenül láthatóvá polarizációjuk nagy felbontású hamis színes eloszlástérképének megjelenítése formájában. Mivel a Savart-polariszkóp alkalmatlan a polarizációfok meghatározására, ezért más típusú polariméter szükséges a neutrális pontok megjelenítésére.
A keskeny sávú interferenciaszűrőkkel ellátott modern elektronikus polariméterekkel a hullámhossz függvényében határozható meg a neutrális pontok pozíciója. Ezen eszközök olyan kis, egy-két fokos nyílásszöggel rendelkeznek, ami alkalmatlanná teszi őket az égbolt polarizációs mintázatának kimérésére. Elvileg persze elképzelhető lenne, hogy egy ilyen kis látószögű polariméterrel számítógépes vezérléssel letapogatnánk az égbolt adott, nagyobb kiterjedésű tartományát, hogy kimérjük annak polarizációs mintázatát. Ez azonban olyan bonyolult és időigényes művelet lenne, amit a terepen csak igen körülményesen lehetne elvégezni, nem beszélve arról, hogy a pásztázás akár több percig is tartó ideje alatt az égbolt polarizációs mintázata a Nap mozgását követve több fokkal is elfordulna. Ezt az elfordulást még egy, a csillagászati távcsöveknél szokványosan alkalmazott óragéppel követni is kellene, ami további bonyodalmakat okozna. Nem véletlen, hogy eddig még senki sem alkalmazott hasonló metódust az égbolt polarizációjának tanulmányozására.
Ezek után érthető, hogy miért nem készült eddig egyetlen „polarizációs portré” sem a neutrális pontokról. A légköri optikában igazán csak e pontok pontos helyének ismerete volt lényeges, „lencsevégre kapásuk” pedig gyakorlatilag kivitelezhetetlenül bonyolultnak bizonyult.
A neutrális pontok portréja
Az elmúlt évek során kifejlesztettünk egy távérzékelési módszert a fénypolarizáció-érzékeny látórendszerű állatok vizuális környezetében előforduló természetes polarizációs mintázatok kimérésére és grafikus megjelenítésére. E módszer birtokában pótolni tudtuk a neutrális pontok 1810-es, ill. 1840-es években történt felfedezése óta fennálló azon hiányt, hogy még nem készült róluk portré, azaz eddig senki sem láthatta őket közvetlenül. Tudományos értékű portré alatt a tiszta égbolt neutrális pontok környéki polarizációs mintázatának, azaz a polarizációs fok és irány térbeli eloszlásának nagy felbontású kimérése és a kvantitatív adatok hamis színes eloszlástérképek formájában való ábrázolása értendő.
Erre egy közép-tunéziai sivatagi expedíció során kerülhetett sor, amit a Zürichi Egyetem állattani Intézete szervezett Rüdiger Wehner professzor vezetésével. Ennek során a szerzők egyike (H. G.) részletesen kimérte a tunéziai égbolt polarizációs mintázatát az idő függvényében, három különböző sivatagi helyszínen, a spektrum ultraibolya és látható tartományaiban. Mindez biológiai szempontból fontos, mivel e biotópban élnek azok, a Cataglyphis nemzetséghez tartozó sivatagi hangyák, amelyek szeme érzékeny a fénypolarizációra, és térbeli tájékozódásuk részben az égboltfény polarizációs mintázatán alapul, mikor a Napot felhők miatt nem láthatják. A vikingekhez hasonlóan e hangyák is az ég polarizáció-eloszlásának tükörszimmetriája segítségével képesek meghatározni az orientációjukhoz szükséges viszonyítási irányt, a szoláris meridián irányát.
A vikingeknek azért volt szükségük égi viszonyítási jelekre, mert a nyílt tengeren nem volt más, aminek alapján tájékozódhattak volna. A sivatagi hangyák a homokos területeken élnek föld alatti fészkeikben, és a felszínen a nagy hőség miatt elhullott apró rovarokra vadásznak. A fészek nyílását elhagyva után véletlenszerű bolyongással kutatnak e tetemek után. Mihelyt találnak valamit, nyílegyenesen rohannak vissza a fészekhez. Hogy ezt megtehessék, bolyongásuk során folytonosan összegezniük kell az elmozdulásuk vektorait, azaz minden pillanatban tudniuk kell, hogy éppen mekkora a helyvektoruk a fészek nyílásától mérve. Hogy ezt tényleg tudják, azt bizonyítja a zsákmány megtalálását követő, előbb említett viselkedésük. Ehhez a térbeli (kétdimenziós) vektorösszegzéshez van szükségük egy viszonyítási irányra, amely nem más, mint a Nap, ill. annak hiányában a szoláris meridiánnak az égbolt polarizációjából kikövetkeztetett iránya.
Az égbolt polarizációja azonban helyről helyre, sőt ugyanazon helyen a meteorológiai viszonyok függvényében is erősen ingadozik. Mivel a légkör páratartalma erősen csökkenti az égboltfény polarizációfokát, ezért pl. az igen száraz belső tunéziai hegyekben - ahol szintén élnek sivatagi hangyák - nagyobb lehet az égbolt polarizációja, mint a sokkal párásabb tengerparti területeken vagy a kiszáradóban levő sós mocsarakban (az ún. „chott”-okban). E helyi eltérés pedig hatással lehet a sivatagi hangyák viselkedésére és tájékozódására. Az expedíció fő célja e hipotézis tesztelése volt. Videopolarimetriás méréseink melléktermékeként azonban sikerült elkészítenünk az Arago-, Babinet- és Brewster-féle neutrális pontok első portréját is.
A tunéziai terepen fotóállványra rögzített videokamerával vettük fel az égbolt kiválasztott régióiban az égboltfény erősségének és színének kétdimenziós eloszlását, miközben az objektív lencse előtt egy szürke lineáris polárszűrőt forgattunk a kamera dőlésszögének, az optika fókuszának és apertúrájának, valamint az érzékelő fényintegrálási idejének és erősítésének kézi beállítása után. Kezdetben a polárszűrő fényáteresztési iránya függőleges volt, amit a felvétel során kétszer elforgattunk 45o-kal, az aktuális irányt a kamera mikrofonjába diktálva. Ily módon lényegében három mérést végeztünk az égboltfény adott tartományon belüli intenzitásának eloszlására.
Hazatérve a videofelvételeket tartalmazó kazettákkal, budapesti számítógépes képfeldolgozó laboratóriumunkban képről képre digitalizáltuk a tunéziai égbolt fényintenzitás-eloszlását tartalmazó mintázatokat. A polárszűrő mindhárom, phi = 0°, 45°, 90°-os irányulása esetén 25 digitalizált képet átlagoltunk, hogy ezzel szűrjük ki a videojel csekély zaját. Ebből a három kiátlagolt képből megkaptuk az I fényerősség phi szerinti modulációját. Az e modulációra illesztett szinuszfüggvény paramétereiből meghatároztuk a kép minden képpontjára Imax és Imin, valamint Imax irányának, alpha-nak a numerikus értékét. Ezekből az adatokból kiszámítottuk az I = (Imax + Imin)/2 teljes fényintenzitást, a delta = (Imax - Imin)/(Imax + Imin) polarizációfokot az összes képpontra. Végezetül a számítógép képernyőjén az I fényerősség, delta polarizációfok és alpha polarizációs irány kétdimenziós eloszlásának hamis színes térképeit jelenítettük meg. Kihasználva, hogy a videokamera a vörös (lambda = 730 nm), zöld (lambda = 600 nm) és kék (lambda = 470 nm) színtartományban egyidejűleg készít felvételeket, a fenti képfeldolgozás eredményeként a látható spektrum e három tartományában tudtuk meghatározni az égbolt polarizációs mintázatait.
Miután a tunéziai videopolarimetriás felvételeinket a fentiek szerint kiértékeltük, és az égbolt polarizációs mintázatait a számítógép képernyőjén megjelenítettük, helyenként furcsa, kissé diffúz sötét foltokat tapasztaltunk a polarizációfok és a polarizációs irány hamis színes térképein. Ez arra utalt, hogy e foltokban a polarizációfok nagyon alacsony értékeket, középütt pedig egyenesen nullát vesz fel. Kezdetben azt hittük, hogy valamilyen felvételi vagy kiértékelési hiba történt. Arra gondoltunk pl., hogy a sötét foltok helyén talán túl nagy volt a fényintenzitás, s a videofelvétel beégett, amit a kiértékelő program automatikusan zérus polarizációfokúnak értelmez. Hamar kiderült azonban, hogy másról van szó, mert a szóban forgó foltokban egyáltalán nem volt kritikusan magas a fényerősség, továbbá szisztematikus módon az égboltnak mindig csak bizonyos régióiban jelentkeztek a rejtélyes sötét foltok.
Utánanéztünk hát a szakirodalomban, s kiderült, hogy az általunk talált sötét foltok mindig ott jelentkeztek, ahol az Arago-, Babinet- és Brewster-féle neutrális pontoknak is lenniük kell a felvételek időpontjában. Így sikerült végül is, akaratunkon kívül elkészítenünk a poláros égbolt neutrális pontjainak a portréját.
Ebben szerencsés körülménynek számított, hogy éppen a tunéziai sivatagban és pont augusztusban készültek a videopolarimetriás felvételek. E hely és időpont ideális volt, mert ott és akkor a légkör általában nagyon tiszta, minimális mennyiségű párával és aeroszollal. Ennek következményeként az égbolt polarizációfoka megfelelően magas volt még a neutrális pontok környékén is ahhoz, hogy e pontok könnyen kimutathatóvá váljanak. Az egyszerűség kedvéért cikkünkben csak a legkedveltebb neutrális pont, az Arago-pont portréját közöljük azzal a megjegyzéssel, hogy a másik kettőé, a Babinet- és a Brewster-ponté is kvalitatíve teljesen hasonlóan néz ki.

2. ábra. Az égboltpolarizáció Arago-féle neutrális pontjának videopolarimetriás portréja. (A) Az égbolt fényességének eloszlása az Arago-pont környékén a sketrum látható tartományában (ahogyan az emberi szem érzékeli). A kép vízszintes, ill. függőleges kiterjedése rendre 50°, ill. 40°. Az anti-Nap helyét egy fehér pont jelöli. A horizontot egy sötét hegyvonulat határolja. (B–D) Az égbolt delta polarizációfokának (1. sor) és alpha függőlegestől mért polarizációs irányának (2., 3. sor) mintázata a spektrum vörös (B oszlop, lambda = 730 nm), zöld (C oszlop, lambda = 600 nm) és kék (D oszlop, lambda = 470 nm) tartományában mérve. A delta és alpha eltérő numerikus értékeit különböző szürke árnyalatok kódolják: (i) minél nagyobb a polarizációfok, annál világosabb a szürke tónus (fehér, delta > 5 %; fekete, delta = 0 %); (ii) minél sötétebb a szürke tónus, annál jobban eltér a polarizációs irány a vízszintestől (fekete: alpha = 0°, fehér: alpha = 90°). A 3. sorbeli fekete pálcikák a helyi polarizációs irányt mutatják a pálcikák közvetlen környékére átlagolva.

A 2.A ábra az égbolt Arago-pont környéki fényességének a látható spektrumbeli eloszlását mutatja, ahogyan azt az emberi szem vagy egy videokamera érzékeli. A felvétel 1996. augusztus 8-án naplementekor, helyi idő szerint 19:15-kor készült a közép-tunéziai Metlaoui város közelében a sivatagi hegyekben. Az égboltnak a lenyugvó Nappal átellenes oldalán a hegyvonulattal határolt horizont közelében a nyugvó Nap visszaszórt vöröses fénye volt látható, valamint följebb az ég mély kékje. A 2A ábrából nyilvánvaló, hogy a fénypolarizációra vak emberi szem képtelen észlelni az égbolt neutrális pontjait, mivel azok pozíciója sem az égbolt fényintenzitásának, sem pedig színének az eloszlásával sem korrelál. Ugyanakkor az Arago-pont tisztán kivehető az égboltfény polarizációfokának (2. ábra 1. sora) és polarizációs irányának (2. ábra 2. és 3. sora) a térképein. A 2. ábra 1. sorában látható, hogy az égboltfény teljesen polarizálatlan ( delta = 0 %) a neutrális pont közepén és a polarizációfok fokozatosan nő ettől a középponttól távolodva.
A 2. ábráról az is leolvasható, hogy az Arago-pont a vizsgált három színtartomány közül a kékben van a legtávolabb az anti-Naptól. Az Arago-pontnak az anti-Naptól mért szögtávolsága az egyes színtartományokban rendre betavörös = 24,4°, betazöld = 22,4° és betakék = 29,3°. Tehát a videopolarimetriás felvételünk idején a zöld színtartományban az Arago-pont kissé közelebb volt az anti-Naphoz, mint a vörösben. Ez a Föld felszínéről történő fényvisszaverődésre visszavezethető jelenség kivételesnek számít, hiszen az Arago-pont anti-Naptól mért szögtávolsága általában nő, amint a hullámhossz csökken.
A Föld érdes felületrészeiről történő visszaverődés többé-kevésbé függőlegesen poláros fényt juttat a légkörbe. Ez megnöveli az égbolt negatív polarizációjú régiójának kiterjedését azon spektrális tartományokban, amelyekben a felület fényvisszaverőképessége (albedója) nagy.
Videopolarimetriai méréseink helyén, a közép-tunéziai Metlaoui sivatagi város környékén a talaj és a hegyek jellegzetes vöröses barna színűek voltak. Így a földfelszín albedója a spektrum vörös tartományában volt nagy. Ennek az volt a következménye, hogy a vörös tartományban jelentős mennyiségű, függőlegesen poláros fény verődött vissza a felszínről. Ez megnövelte az égbolt negatív polarizációjú tartományát, ami az Arago-pontnak az anti-Naptól való eltolódásához vezetett a vörös színben.
Meteorológusok korábban beszámoltak már az Arago-pontnak az anti-Naptól való hasonló eltolódásáról olyan területeken, amelyeket friss hó ill. fehér homok fedett. Ezekben az esetekben azonban az Arago-pont eltolódását az öszes spektrális tartományban megfigyelték, mivel a felszíni fényvisszaverődés a spektrum minden tartományában nagy volt a hó ill. homok fehérségének köszönhetően.
Nagy kiterjedésű vízfelületekről történő fénytükröződés az Arago-pontot az ellenkező irányba tolja el. A vízfelszíni fényvisszaverődés ugyanis horizontálisan poláros fényt juttat a légkörbe a spektrum minden tartományában, ami megnöveli az égbolt pozitív polarizációjú területét. Ez az Arago-pontnak az anti-Naphoz való közeledését eredményezi az összes spektrális tartományban.
A polarizációs irányt a 2. ábra 2. és 3. sorabeli mintázatai mutatják, hogy az Arago-pont és az anti-Nap között az égboltfény E-vektora többé-kevésbé függőleges, azaz a polarizáció negatív, míg az Arago-pont fölött az E-vektorok többé-kevésbé vízszintesek, azaz a polarizáció pozitív. Az E-vektor irányeloszlásának mintázatain látható továbbá, hogy a polarizáció miként vált negatívról pozitívra, amint átszeljük a neutrális pontot az antiszoláris meridiánnal párhuzamosan.

3. ábra. A polarizációs irány (1. sor) és a polarizációfok (2. sor) gyakoriságának eloszlása a spektrum vörös (A oszlop), zöld (B oszlop) és kék (C oszlop) tartományában az égboltnak a 2. ábrán látható Arago-pontjára és környékére számolva

A 3. ábra hisztogramjai a polarizáció irányának és fokának az eloszlását mutatják az égboltnak a 2. ábrán bemutatott Arago-pontjára és környékére számítva. A 3. ábra 1. sora jól demonstrálja, hogy a pozitív és negatív polarizációjú régiók szimmetrikusan helyezkednek el az Arago-pont körül. Ugyanezen ábra 2. sora mutatja, hogy az Arago-pont körül a polarizációfok kis értékeket vesz fel (delta < 14-15 %).
Összefoglalva az eddigieket megállapíthatjuk, hogy a 2. ábra polarizációs mintázatai és a 3. ábra hisztogramjai híven tükrözik az égbolt neutrális pontjainak fő jellemzőit: (i) a Naptól és anti-Naptól mért szögtávolságukat, (ii) e szögtávolságoknak a fény hullámhosszától való függését, (iii) hogy miként befolyásolja mindezt a Föld felszínéről történő fényvisszaverődés, (iv) a pozitív és negatív polarizációjú égbolt tartományok elhelyezkedését a környékükön, valamint hogy (v) nincs semmiféle, szabad szemmel megfigyelhető korreláció a neutrális pontok pozíciója és az égbolt fényességének, ill. színének térbeli eloszlása között.
Videopolarimetria mint távérzékelési módszer a légkörfizikában
Az égboltfény polarizációs sajátságainak mérésére hagyományosan használatos polariméterek legtöbbjében fényelektromos sokszorozót (angolul photomultipliert) alkalmaznak érzékelőként, aminek azonban rendkívül kicsi (1-2 fokos) a látószöge. Az elmúlt évtizedben a távérzékelésben is felvetődött az igény a polarizációs információk szélesebb látószögbeli mérésére és képek formájában való ábrázolására. Ez vezetett kezdetben fényképészeti lemezeknek és filmeknek, majd televíziós képcsöveknek, legújabban pedig videokameráknak mint fénydetektoroknak az alkalmazására a polarimetriában is.
A nagy látószögű polarimetria fejlődésének egyik útja a fényképészeti technikát hívta segítségül, s ezt kombinálta a fényképezőlencse elé helyezett lineáris polárszűrővel, valamint színszűrőkkel. Elsőnek Walraven (1981) elemezte részletesen az így kapott „polarizációs fényképek" kiértékelésének általános technikáját. E polarizációs fotográfiai módszert többen használták már különféle meteorológiai vonatkozású vizsgálatokra is. Curran (1978) pl. a felületi talajnedvesség becslésére használta a földfelszín fénypolarizációjának mérése alapján. Fitch és munkatársai (1984) hasonló módszerrel jutottak polarizációs fényképekhez egy gabonatábla különböző fejlődési stádiumaiban, amiből a gabonanövények érési és egészségi viszonyaira következtettek. Wehner (1976) nagy látószögű polarizációs képeket készített az égboltról egy 180o-os látóterű „halszem-optikával” és egy elé helyezett lineáris polárszűrővel az égi polarizáció kvalitatív demonstrálása céljából a Nap különböző állásaira. Können (1985) is polarizációs képek sorát vonultatta fel a természetben előforduló poláros fényről szóló híres könyvében. Coulson és társai (1986) az űrsikló (Space Shuttle) fedélzetéről készítettek
fényképeket a Föld felszínéről és különféle kozmikus objektumokról egy lineáris polárszűrőn át. Nemrég Wehner (1997) közölt olyan polarizációs fényképeket az egész égboltról, amelyeket egy átlátszó üvegfélgöbre rögzített, kör mentén lineárisan polarizáló szűrőkön (ún. polarizációs iránykeresőkön, angolul axis-findereken) át készített. Legutóbb pedig North és Duggin (1997) fejlesztett ki gyakorlati módszert az égboltfény polarizációs paraméterei eloszlástérképeinek meghatározásására, négylencsés fényképezőgép felhasználásával.
A nagy látószögű polarimetria másik fejlődési útja a videotechnikát ötvözi a kamera objektív lencséje elé helyezett lineáris polárszűrővel. Prosch és munkatársai (1983) egy ilyen videopolariméterrel repülőgépről figyelték meg a földfelszínt. Egan (1986) hasonló képalkotó polarimétert tervezett űrszondákon való alkalmazásra. Legújabban pedig több szerző használt videopolarimetriát a robotlátás területén (Wolff, 1993), felhők polarizációjának űrszondáról történő mérésére (Deschamps és munkatársai, 1994), és az állatok polarizáció-látásának fiziológiai és viselkedési vizsgálatában, valamint ezen állatok vizuális környezetében fellépő polarizációs mintázatok feltérképezésére (Cronin és munkatársai, 1994; Shashar és munkatársai, 1995; Horváth és Zeil, 1996; Horváth és Varjú, 1997; Horváth és munkatársai, 1997).
A videopolarimetria gyors fejlődése és a légköri optikabeli kényelmes alkalmazhatósága ellenére sem született meg eddig az égboltpolarizáció Arago-, Babinet- és Brewster-féle neutrális pontjainak a portréja. Jelen cikkünk célja az volt, hogy e hiányt pótoljuk, bemutassuk az idevonatkozó eredményeinket és azok tudománytörténeti hátterét.

Köszönetnyilvánítás: Kutatómunkánkat a magyar Országos Tudományos Kutatási Alap (OTKA F-014923) és a svájci Nemzeti Tudományos Alap (Swiss National Science Foundation, Grant 31-43317.95) támogatta.

Irodalom
[1] Arago, F. (1855) Meteorological Essays. (English translation) Longman--Brown--Green--Longmans, London
[2] Babinet, J. (1840) Sur un nouveau point neutre dans l'atmosphere. Comptes Rendus 11, 618--620
[3] Brewster, D. (1847) On the polarisation of the atmosphere. Philosophical Magazine and Journal of Science 31, 444--454
[4] Gazda, I., Sain, M. (1978) Fizikatörténeti ABC. Tankönyvkiadó, Budapest
[5] Horváth, G. (1986) Fényszóródás a természetben. Természet Világa 117, 250--254
[6] Horváth, G. (1986) Kék szín a természetben. Természet Világa 117, 298--301
[7] Horváth, G. (1986) Az Avogadro-szám meghatározása az égbolt kék színéből. A fény szóródása. Fizikai Szemle 36, 214--227
[8] Strutt, J. W. (Lord Rayleigh) (1871) On the light from the sky, its polarisation and colour. Philosophical Magazine 41, 107--120, 274--279
[9] Wehner, R. (1997) The ant's celestial compass system: spectral and polarization channels. In: Orientation and communication in Arthropods; ed. Lehrer, M.; pp. 145-185, Basel: Birkh "auser Verlag