Zimní zubaté sluníčko

Poměrně častý jev pyramidálního (stupňovitého, zubatého) slunce souvisí s lomem přímých slunečních paprsků při průchodu zemskou atmosférou (obr. 1). Objekty na obloze, které jsou za hranicemi zemské atmosféry, pozorujeme působením astronomické refrakce o určitý úhel blíže k zenitu, než odpovídá jejich skutečné poloze. Velikost zmíněného úhlu závisí na úhlové výšce daného objektu nad geometrickým (ideálním) obzorem, největší je při poloze těsně u obzoru, kde dosahuje přibližně poloviny úhlového stupně.

Velikost astronomické refrakce v blízkosti horizontu závisí na úhlové výšce nad ním. Jestliže je sluneční disk blízko obzoru (těsně před západem nebo po východu slunce), je vlivem refrakce dolní okraj disku více posunut vzhůru než okraj horní, a tím se zdánlivý tvar slunce deformuje. Tvarová deformace bývá spojena i s barevnými jevy, s takzvaným laminováním slunečního disku. Index lomu světelných paprsků totiž poněkud roste s jejich klesající vlnovou délkou. To znamená, že paprsky s menší vlnovou délkou jsou v atmosféře více lámány a úhel astronomické refrakce je pro ně o něco větší než pro paprsky s relativně většími vlnovými délkami. Ve spektru viditelného záření mají největší vlnové délky paprsky červené barvy, které jsou proto při průchodu atmosférou nejméně lámány a dolní část slunečního disku u obzoru potom bývá zbarvena temně rudě. Směrem vzhůru pak na slunečním disku postupně pozorujeme barvy s kratšími vlnovými délkami: oranžovou, žlutou, u horního okraje žlutozelený odstín, někdy v okamžiku posledního zbytku zapadajícího slunce i zelený záblesk. Paprsky modré a fialové barvy obvykle na slunečním disku pozorovat nelze, neboť jsou natolik silně rozptylovány molekulami plynných složek atmosféry, že jejich podstatná část přechází do rozptýleného slunečního záření.

Ráno před východem slunce se zejména při bezoblačné obloze a malých rychlostech větru vytváří u zemského povrchu složitá struktura tenkých vzduchových vrstev, jejichž teplota s výškou roste (inverze). Vertikální průběh hodnot indexu lomu je pak velmi komplikovaný. Paprsky vycházející z různých horizontálních pruhů na slunečním disku mohou procházet různými vzduchovými vrstvičkami (obr. 2) a v důsledku toho má základní deformace slunečního disku v jeho horizontálních pásech poněkud odlišnou podobu. Tím vzniká dojem pyramidálního (stupňovitého, zubatého) tvaru.

Příznivé podmínky pro vznik výrazných přízemních teplotních inverzí a jejich složité struktury v ranních hodinách bývají zejména při relativně nízkých přízemních teplotách, jasné obloze, bezvětří nebo velmi slabém větru a malém obsahu vodní páry ve vzduchu. Snad to u nás souvisí s běžnými lidovými rčeními o zimním studeném zubatém sluníčku. Uvážíme-li však i podmínky v pouštních a stepních oblastech nižších zeměpisných šířek, kde přízemní teploty silně klesají během noci, je zřejmé, že jev stupňovitého slunečního disku zde bude častý a výrazný. Otázka, zda inspiroval dávné stavitele pyramid, již nepatří do atmosférické optiky.