Kamera-lehti 5/2000 kysyi sivulla 32 yleisövihjettä diafilmille ilmestyneisiin kuvioihin.

Huhtikuun 6.-7. 2000 yön komeita revontulia kuvatessaan Ensio Kempe löysi jälkikäteen kuvistaan outoja rengaskuvioita.

Kuviot ovat monen kiinnostavan sattuman tulos. Pienellä järjestelyllä onnistuin mielestäni rekonstruoimaan tilanteen sisätiloissa säädylliseen vuorokaudenaikaan.

Kamera-lehdessä olleesta kuvasta voidaan renkaat perustellusti päätellä interferenssin aikaansaamiksi. Lisävihjettä antaa renkaiden symmetrisyys, keskisyys ruudulla ja renkaiden välin tihentyminen keskustasta poispäin siirryttäessä.

Näin selkeän interferenssikuvion syntyminen valokuvaustilanteessa edellyttää hyvin suurta valon monokromaattisuutta, koska optiset matkat ovat valon aallonpituuteen nähden huomattavan suuria, millien luokkaa.

Revontulet lienevät ainoa luonnossa havaittava ilmiö, jossa esiintyy merkittävässä määrin monokromaattista (yhden aallonpituuden) valoa. Kamera-lehden esimerkin kuvassa dominoiva väri on vihreä. Revontulien vihreä väri aiheutuu happiatomeista, jolloin emittoituneen valon aallonpituus on 557,7 nm.

Toinen edellytys kuvion syntymiselle on interferenssiä aiheuttavat pinnat. Renkaiden tiheysjakautuma johtaa ajatuksen tasopintoihin. Arvelenkin, että kuvaajalla oli objektiivin edessä kirkas suodatin optiikkaa suojaamassa. Myös optiikan sisällä tai takana oleva tasolasi saa saman ilmiön aikaan.

Nyt minulla olikin eväät yrittää optisen tilanteen rakentamista. Revontulia on hieman vaikea järjestää, joten korvikkeena toimi aivan tavallinen loisteputki, jossa ei ole lainkaan sitä valkoisena hohkaavaa loisteainetta. Loisteputken elohopealla on erittäin voimakas vihreä spektriviiva, jonka aallonpituus on 546,1 nm. Lampun edessä oli valoa tasaamassa valkoinen akryylimuovi. Elohopealla on toki muitakin näkyvän alueen spektriviivoja, joista osan sain pois laittamalla akryylin päälle pienen palasen vihreää muovia (n:o HT 139 LEE:n suodatinnäytepakasta)

Kamerana oli uskollinen, mutta nykymittapuun mukaan säälittävän vajaapikselinen digikamera AGFA ePhoto 1280. Suodatinta markkeerasi palanen tavallista ikkunalasia, jota pidin objektiivin edessä. Yllätyksekseni rengaskuvio näkyi LCD-etsimessä heti ensimmäisellä kokeilulla. Zoomasin optiikan teleasentoon ja muutaman kuvan jälkeen riensin tietokoneen ääreen. Tulos oli erinomaisen selvä. Syntyvän kuvion saa harvajakoisemmaksi ohuemmalla lasilla. Alla olevat kuvat on otettu käyttämällä 1,2 mm paksua lasia.

Interferenssikuvion voimakkuus riippuu pääasiassa lasipinnoissa tapahtuvasta heijastuksesta. Koska käyttämässäni lasissa ei ollut minkäänlaista heijastuksenestokäsittelyä, oli kuvio maksimaalisen selkeä. Vastaava koe käyttäessäni B+W:n suodatinta, jossa yksikerroksinen pinnoite, tuotti huomattavasti heikomman kuvion. Laadukkaalla monikalvosuodattimella koko ilmiö olisi ehkä jäänyt huomaamatta.

Renkaiden koko on myös suoraan riippuvainen valon aallonpituudesta. Kuvasin renkaat samoilla asetuksilla suodattimia käyttäen keltaoranssin ja sinisen spektriviivan valossa. Sininen viiva on elohopean F-viiva, jonka aallonpituus on 486,1 nm. Viivojen tiheyksistä voi halutessaan määrittää keltaoranssin tapauksen aallonpituuden.

Rengaskuvio on siis interferenssikuvio, joka aiheutuu suodatinlasista. Revontulien valon monokromaattisuus mahdollistaa melko ainutkertaisella tavalla ilmiön esilletulon.

Kaikenkaikkiaan on kyseessä mielenkiintoinen ilmiö, josta en hatarasta muististani ja suppeasta alan kirjallisuudestani löytänyt mainintaa. Revontulia lienee syytä jatkossa kuvata ilman suodatinta.

Lisätietoja revontulista

Kari Kaila: Revontulet - kansankäsityksistä tutkimukseen. Tähtitieteellinen yhdistys Ursa, 1998

Lisätietoa interferenssistä löytyy monista fysiikan ja optiikan oppikirjoista. Samankaltainen koejärjestely ja sille teoria löytyy esim:

Richards, Sears, Wehr, Zemansky: Modern University Physics, Addison Wesley, Fourth printing 1964, s.669-673