Wschody, zachody, migotanie gwiazd - Mieszanka zjawisk fizycznych światła na Ziemi

Pofalowane Słońce tuż przy horyzoncie z zielonym czymś, czerwony i ogromny Księżyc na nieboskłonie. Migoczące gwiazdy i reszta ciekawych zjawisk, które możemy obserwować każdego dnia. 

Ogólne informacje o świetle są tutaj
I na początek warto wspomnieć, czym jest refrakcja atmosferyczna.
Otóż mając nad swoją głową coś koło   5·10¹⁵ ton materii zwaną powietrza, można się domyślić że światło słoneczne nie przejdzie obojętnie w takim środowisku. 
(O efekcie refrakcji pisałem już tutaj ale postanowiłem to streścić).
No więc przechodząc do sedna

Najprościej to pokazać na grafikach:

Jak widać, promienie świetlne ulegają załamaniu w atmosferze. Łatwo sobie można wyobrazić, jak mocno mogą zakrzywić się promienie gdy muszą przejść przez ponad 100km grubej warstwy gazu. Sam fakt, iż niebo jest niebieskie nam to ładnie obrazuje, a zachody są tego najlepszym przykładem:

Troszkę matematyki:

Przy okazji w łatwy sposób możemy wytłumaczyć, dlaczego Słońce i Księżyc blisko horyzontu mają czerwonawy kolor. 
Każdy kolor, który obserwujemy ma inną długość fali:

Ultrafiolet jest na tyle mały, że jest odbijany od naszej atmosfery w większości. Kolor niebieski jest na tyle mały, iż cząsteczki powietrza rozbijają je, dlatego obserwujemy niebieskie niebo. Zółty i czerwony jako największe z fal widzialnych podczas wshocdu i zachodu trafiają do naszych oczu w największych ilościach, dzięki czemu Słońce i Księżyc często są czerwone:

Jakim cudem nasz naturalny satelita potrafi być czasem przeogromny?

Tutaj można to wytłumaczyć na dwa sposoby:

1). Orbita Księżyca nie jest idealna, czego efektem jest przybliżanie i oddalanie się od nas. Odległość ta zmienia się od 35.6 tys. do 40.6 tys km
2). Podczas pełni często wydaje nam się ogromny:

I jest to zwykłe złudzenie. Gdy minie pare godzin, a satelita będzie wyżej zrobi się dla nas mniejszy. Można to łatwo sprawdzić linijką, i zobaczyć przy wschodzie ile wynosi jego wielkość, oraz po paru godzinach, gdy będzie górować.

Dlaczego widzimy migotanie gwiazd?
To jest banalnie proste. Dochodzi  do tego samego efektu, który opisałem na samej górze - refrakcji. Wielkość kątowa gwiazd jest bardzo mała. Taki strumień światla można porównać bardziej do wiązki lasera niż do latarki. Jest on bardzo wąski i dochodzi do wielu załamań przy przejściu przez atmosferę. Nawet Wikipedia ma banalną definicje:

Obecnie wiadomo, że przeważającej mierze za mruganie obiektów na niebie odpowiada refrakcja (załamywania) światła w stosunkowo małych warstwach lub komórkach powietrza, których temperatura (i dlatego również gęstość) różni się od temperatury warstw otaczających.

Gwiazdy mrugają bardziej niż planety ze względu na swoją znacznie mniejszą wielkość kątową. Mruganie jest większe, gdy obiekt znajduje się nisko nad horyzontem niż w zenicie.

I na koniec - dlaczego czasami widać kolor zielony przy zachodzie Słońca? 

Światło o wysokich częstotliwościach jak zielony są bardziej zakrzywiane i rozbijane (jak pisałem o kolorze nieba wyżej). Światło zostaje rozszczepione i dosłownie na chwile Słońce w niektórych miejscach robi się zielone. Wikipedia też to ładnie tłumaczy