De lichtbundels van een vuurtoren leveren bij ... - Kees Floor

De lichtbundels van een vuurtoren leveren
bij duisternis een indrukwekkend schouwspel.
Wie na zonsondergang bij een
vuurtoren
gaat kijken kan, ongeacht de weersomstandigheden,
een aantal interessante
verschijnselen zien. Sommige berusten op
optisch bedrog; andere kunnen op dezelfde
manier worden verklaard als de optische
verschijnselen in de atmosfeer.
Langs onze noordzeekust vinden we op een
groot aantal plaatsen vuurtorens. Bovenin
bevindt zich een sterke lamp, meestal een
gasdruklamp (bijvoorbeeld een kwiklamp),
soms een gloeilamp. Het licht daarvan
wordt gewoonlijk gebundeld tot één of enkele
min of meer evenwijdige rechtlijnige
lichtbundels. De bundels draaien rond in
het horizontale vlak door- het lichthuis van
de vuurtoren. Ondanks dat kunnen we ons
niet aan de indruk onttrekken dat het vlak
waarin de lichtbundels draaien niet horizontaal
is. Als we met het gezicht naar een
vuurtoren staan maakt het verschil of we
een lichtbundel die loodrecht over ons heengaat
bekijken, dan wel een lichtbundel
dwars op de kijkrichting.
Een bundel aan de andere zijde van de vuurtoren
lijk,t op geringe afstand van de toren
het aardoppervlak te snijden (fig. la); hij
lijkt zich zeker niet in een horizontaal vlak te
bevinden. Datzelfde geldt voor de bundels
loodrecht op de verbindingslijn met de
vuurtoren. Zowel links als rechts van de
toren buigen ze naar beneden (fig. lb). Het
hoogste punt bevindt zich in het lichthuis
van de vuurtoren. Als de duinen vlak bij de
vuurtoren bijna even hoog zijn als de toren
zelf gaat dit niet helemaal op. We zien de
lichtbundel dan achter een duin verdwijnen-
Het hoogste punt lijkt zich in dat geval in de
buurt van het duin te bevinden, dus niet in
de lichtbron (fig, lc).
Ook als we een kijkrichting kiezen loodrecht
op de verbindingslijn met de vuurtoren valt
de 'kromming' van de lichtbundels op. Aan
beide zijden zien we de bundels dalen tot
aan de horizon (fig. ld). Pas als we een recht
stokje voor het oog houden merken we dat
de lichtbundels inderdaad rechtlijnig zijn.
De kromming wordt veroorzaakt doordat
we de bundels, die we links en rechts zien
dalen naar de horizon, in een plat vlak denken.
Daarbij vergeten we dat we van kijk-
De Eyerlander toren op de noordpunt van
Texel.
richting veranderen, als we de bundel volgen
(lit. la). Bovendien laat de werking van
het perspektief het horizontale zeeoppervlak
en de horizontale bundel elkaar naderen.
De invloed van het perspektief blijkt het
sterkst als we ons op enige afstand van de
toren bevinden en met de rug naar de toren
staan. Een bundel die over ons heen draait
lijkt steeds te wijzen in de richting van het
tegenpunt van de vuurtoren. Vooral als een
huis, een duin of wat bomen het lichthuis
van de vuurtoren achter ons afschermen,
wordt deze suggestie zeer sterk gewekt (fig.
Ie). Het hindert ons niet dat we de schijnbare
lichtbron of het snijpunt van de lichtbundels
niet zien. Voor ons gevoel horen de
konvergerende lichtbundels bij elkaar; we
verlengen ze onwillekeurig tot in het snijpunt
(lit. lb).
Wisselende lengte van de bundel
Wanneer we kijken naar een lichtbundel in
een bepaalde stand, valt het op dat deze
meestal vrij plotseling eindigt. Dit plotselinge
einde kunnen we verklaren met behulp
vanfig. 2 (lit. Ic). Wezienlichtkomen uit de
richtingen A W, BW, CW en alle verder
gelegen punten van de bundel, maar niet uit
DW (DW loopt altijd evenwijdig aan de
lichtbundel). De richting WD, waarin we de
bundel zien eindigen, geeft dus de richting
van de bundel zelf-
Delichtsterkte van de bundel neemt aan het
einde vrij plotseling af, dus niet geleidelijk.
Datkomtdoordat we in de richting WC zeer
schuin door de bundel heenkijken. Stof -
deeltjes en waterdruppeltjes uit een vrij dikke
laag dragen dan bij aan de verstrooiing
van het licht van de vuurtoren. Daardoor is
de waargenomen lichtsterkte in de richting
waarin de bundel eindigt nog redelijk
groot.
Tijdens het ronddraaien van de bundel zien
we zijn lengte voortdurend veranderen. De
bundel is het langst als hij recht overkomt;
daarna wordt hij korter. De bundel is het
kortst als hij achter de vuurtoren verdwijnt-
Als maat voor de lengte van de bundel kiezen
we onwillekeurig de hoek a tussen de
verbindingslijn met het lichthuis van de
vuurtoren en de richting waarin we de bundel
zien eindigen (fig. 3); een ander houvast
voor de lengte ontbreekt in deze situatie.
Vaneen gebouw dat we schuin van opzij
zien denken we niet dat het korter is dan
wanneer we het van voren bekijken. l-iier
zijn voldoende details (ramen, deuren, e.d.)
aanwezig, waannee we de juiste afmetingen
kunnen schatten. Als in de bundel van een
vuurtoren om de lOOmeter een afstandmarkering
zichtbaar was, zou de ware lengte
duidelijker worden. Nu ervaren we hetkleiner
worden van de hoek a echter op als het
korter worden van de bundel.
Verstrooiing
De lichtbundels van een vuurtoren zijn
zichtbaar doordat luchtmolekulen, stofdeeltjes
en waterdruppeltjes die zich in de
bundel bevinden, het licht in alle richtingen
verstrooien. Allerlei verschijnselen die we
bij vuurtorens opmerken zijn met behulp
van die verstrooiing te verklaren. Zo is de
helderheid van de bundel afhankelijk van de
zuiverheid van de lucht. Hoe meer stof-
246

Fig. 1. Voor een waarnemer nabij de vuurtoren
bevinden de lichtbundels zich niet in een
horizontaal vlak.
deeltjes of waterdruppeltjes zich in de bundel
bevinden, des te lichtsterker is de lichtbundeI.
Verder is de verstrooiing in voorwaardse
richting groter dan van opzij of
naar achteren. Dat is bij de vuurtoren goed
te zien. De lichtsterkte van een bundel die
schuin naar ons toe loopt is groter dan die
van een bundel die schuin van ons af loopt.
(lit. Ic)
De verstrooiing is het sterkst voor licht met
korte golflengte (blauw). Hierdoor lijkt de
lichtbron op enige afstand roder. Verder is
het licht van de vuurtorens met een gloeilamp
als lichtbron (bijvoorbeeld de Brandaris
op Terschelling) roder dan dat van
torens met een gasdruklamp (slechts één of
enkele spektrale kleuren; bijvoorbeeld Vlieland
en Schiermonnikoog). Het verschil was
zeer duidelijk zichtbaar varend van West-
Terschelling naar Harlingen tijdens invallende
duisternis. Vanaf de boot waren de
vuurtorens van Vlieland (gasdruklamp) en
Terschelling (gloeilamp) duidelijk zichtbaar.
Het kleurverschil tussen het licht van
de beide torens werd groter naarmate de
afstand tot de eilanden groter werd. De
kleur van het licht van de vuurtoren van
Vlieland bleef konstant 'wit'; dat van de
Brandaris op Terschelling werd steedsroder
als gevolg van de toenemende verstrooiing
van het blauwe deel van het spectrum.
Een andere maal naderde ik bij nevelig weer
vanaf Midsland op Terschelling de Brandaris.
Te Midsland (op circa 6 kilometer
afstand hemelsbreed) leek de vuurtoren een
zwak rood licht uit te stralen. Naarmate de
afstand kleiner werd, werd het licht feller en
witter-
Vanaf de noordpunt van Texel nabij de
Eyerlander Toren kunnen we als de weersomstandigheden
het toelaten de vuurtorens
van Vlieland en Terschelling waarnemen.
Direkt valt de rodere kleur van de Brandaris
op. Helemaal eerlijk is deze vergelijking
natuurlijk niet, omdat Vlieland dichterbij
ligt dan Terschelling. Daardoor zou het licht
van de Brandaris ook roder zijn als beide
vuurtorens een gloeilamp als lichtbron hadden.
Het kleurverschil wisselt met de weersomstandigheden
en is dus een aanwijzing
voor de zuiverheid van de lucht. Bij zuivere
lucht is het kleurverschil het kleinst.
Licht dat over een hoek van 90° verstrooid
wordt, is sterk gepolariseerd loodrecht op
het vlak van inval (in ons geval het vlak door
de lichtbundel en ons oog). Met een polaroid
zonnebril op is een lichtbundel van
opzij goed zichtbaar. Draaien we de bril een
kwartslag ( dus loodrecht op de stand waarin
hij normaal gedragen wordt), dan blijkt de
bundel van opzij moeilijk zichtbaar.
Verschillende andere optische verschijnselen
in de atmosfeer hebben hun analogon bij
vuurtorenlicht. Wanneer we bij nevelig weer
vanaf enige afstand naar het lichthuis van
een vuurtoren kijken is het omgeven door
een helder aureool. Dit verschijnsel is .hetzelfde
als de krans (zie bijvoorbeeld lit. Id),
die geregeld om de zon en om de maan kan
worden waargenomen. Ook de heiligenschijn
(zie bijvoorbeeld lit. Id) kan in de
buurt van een vuurtoren worden waargenomen.
We zoeken dan een duin op, waarover
we de lichtbundel van de vuurtoren zien
strijken en laten onze schaduw op de be- ..
247

~
Fig. 2. Waarnemer W ziet de lichtbundel
van de vuurtoren plotseling eindigen in de
richting WD. WD is evenwijdig aan de richting
van de lichtbundel.
groeiing vallen. Vanrond de schaduw van
ons hoofd op de begroeiing zien we meer
licht terugkomen dan van andere plaatsen
op het duin. Het is hierbij niet noodzakelijk
dat de begroeiing bedauwd is. Op de droge
begroeiing en zelfs op ruwe grond kon het
verschijnsel goed worden waargenomen
(vergelijk lit. lf}.
Tijdens regen kan in de lichtbundel een lichte
vlek worden waargenomen (lit. 2) (fig. 4).
Deze vormt zich op dezelfde manier als de
regenboog (zie bijv. lit. 19). De lichtvlek is
wit op een rode rand na. De rode vlek kan
echter alleen gezien worden bij vuurtorens
met een gloeilamp als lichtbron (bijvoorbeeld
de Brandaris). Als de lichtbundelover
ons heen gericht is, is de lichtvlek zichtbaar
bij een kijkrichting schuin omhoog, onder
een hoek van 42° met de horizon. Tijdens
het ronddraaien van een lichtbundel kunnen
we de lichtvlek over de bundel heen en
weer zien bewegen. De afstand regenbooglichtbron
verandert hierbii voortdurend. De
vlek beweegt zich langs een baan in het
horizontale vlak door het lichthuis van de
vuurtoren en is op te vatten als een punt van
die baan. Bij sterk divergerende lichtbundels
zien we een groter deel van de baan als
regenboog. Dit is goed te zien op Vlieland,
waar de bundels de vorm hebben van een
waaier met een tophoek van 90°.
De hierboven beschreven lichtvlekken en
-krommen komen overeen met de hoofdregenboog.
Ook de bijregenboog (lichtzwakke
vlek, kijkrichting 51 ° boven de horizon) en
de donkere band tussen de bogen (donker
Fig. 3. De waarnemer ziet lichtbundel J onder een hoek al en lichtbundel2 onder een hoek al;
~>al. De lichtbundel J lijkt langer dan lichtbundel2.
248

Astronomische
excursie naar de
Fig. 4. Regenboog in de lichtbundel van een vuurtoren. Een waarnemer met de rug naar de
vuurtoren ziet tijdens regen een lichte vlek in de bundelonder een hoek van 42° met de horizon
als de bundel zich rechtsboven hem bevindt.
Fig. 5. Kleine kring in de lichtbundel van de vuurtoren. Een waarnemer ziet kijkend in de
richting van de vuurtoren tijdens ijsmist of lichte sneeuwval bij temperatuur ver onder nul
waarschijnlijk een lichte vlek in de bundelonder een hoek van 22° met de horizon als de bundel
zich rechtboven hem bevindt.
gedeelte van de bundel tussen de genoemde
lichtvlekken in) kunnen in de lichtbundel
van een vuurtoren worden gezien. Het is
waarschijnlijk dat ook halo's (zie bijvoorbeeld
lit. lh) kunnen worden waargenomen
in de lichtbundels van de vuurtorens (lit. 3)
en wel tijdens ijsmist (mist die niet uit waterdruppeltjes
bestaat, maar uit ijskristalletjes )
of lichte sneeuwval bij temperaturen ver
onder nul. De waarnemer moet in de richting
van de toren kijken en zich op een
afstand bevinden van de voet van de toren
die minstens 2 X de vertikale kortste af -
stand tot een lichtbundel bedraagt. Zowel
de kring van 22° als die van 46° kan dan
zichtbaar zijn als lichtvlek bij kijkrichtingen
onder een hoek van 22° resp. 46° met het
horizontale vlak (fig. 5). Een dergelijk verschijnsel
van een sterke zaklantaarn (lit. 4).
De beide 'halo's' bewegen zich even snel als
de 'regenboog' over de lichtbundel. Ze zijn
echter slechts een klein gedeelte van elke
omwenteling zichtbaar. Aan de torenzijde
van de halo's is de lichtbundel donkerder
dan aan de andere zijde, evenals de hemel
binnen de kringen donkerder is dan daarbuiten.
Literatuur
I. Minnaert, M. 'De natuurkunde van 't vrije
veld 1 " Zutphen 1968.
a. bIz. 181
b. blz. 182
c. bIz. 301
d. blz. 249
e. blz. 267
f. blz. 269
g. bIz.19ge.v.
h. blz. 221 e.v.
2. Floor, C., 'Regenboog in de lichtbundel van
een vuurtoren', Zenit 5, 274 (juli/aug. 1978)
3. Floor, C., 'Halo's in de lichtbundel van een
vuurtoren', Weerspiegel5 (11),27 (nov. 1978)
4. Hattinga Verschure, P. P., 'Waarnemingen
van optische verschijnselen in februari 1979',
Weerspiegel 6, 147 (maart 1979)
U.S.A.
Voor de tweede keer organiseert de Volkssterrewacht
Sirnon Stevin een 15-daagse reis
naar de Westkust van de Verenigde Staten,
waarbij de grootste Amerikaanse Sterrewachten
bezocht worden. Oe excursie
neemt een aanvang op zaterdag II april
1981 vanuit Amsterdam. Op het programma
staan excursies naar de Mount Wilson
en Palomar Sterrewachten, het Kit t Peak
National Observatory en het Lowell Observatorium.
Tijdens de reis zullen we ook een
bezoek brengen aan de Space Oivision van
de Rockwell fabrieken, waar we de constructie-faciliteiten
van de Space Shuttle
Orbiter bezichtigen. Ook staat een bezoek
aan de bekende Barringer-meteoorkrater op
het programma. Gedurende de reis bezoeken
we de Grand Canyon, Oeath Valley, de
Sierra Nevada, Oak Creek Canyon en de
Navajo en Papago Indianenreservaten. Bekende
grote steden die we bezoeken zijn o.a.
Los Angeles, San Oiego, Las Vegas, de
Mexicaanse grensstad Tijuana, Tucson en
San Francisco. Oe terugreis is op zaterdag
25 april.
Oe kosten per persoon: f 2750,- voor een
tweepersoonskamer. In de prijs is inbegrepen:
-Retourvlucht van Amsterdam naar Los
Angeles met maaltijden aan boord;
-Het vervoer met air-conditioned bussen
voor de gehele reis en aangekondigde excursies;
-Hotel- en Motel-accommodatie tijdens
de gehele tour en kamers met privé bad;
-Vrije toegang in alle genoemde instellingen
en Sterrewachten die in de reisopgave
worden beschreven.
Oe maaltijden zijn niet in de prijs inbegrepen.
Enige richtlijnen hiervoor zijn: ontbijt
ca. $ 2.00, lunch (Amerikaanse sandwich)
ca. $ 2.00, diner ca. $ 4.00. Oeze prijzen zijn
vastgesteld op 15 april 1980 en kunnen in
1981 enigszins gewijzigd zijn.
Voor deze astronomische excursie kunnen
maximaal 55 personen worden ingeschreven.
Belangstellenden kunnen zich aanmelden
bij de Volkssterrewacht Sirnon Stevin,
astronomische excursies, Bovenstraat 89,
4741 SK Hoeven (tel. 01659-2439). Men
ontvangt daarna meer uitgebreide gegevens
en een programma van de reis.
249