Optyka

Atmosfera jest ciągle zmieniającą się sceną wspaniałych zjawisk optycznych. Ich obserwacja zachęca do poznawania natury świata, które leży u podstaw wszystkich niebiańskich spektakli. 
Co to jest światło? Pytanie to ludzie zaczęli zadawać sobie już dawno temu. Spoglądali w niebo i dziwili się mnogością zjawisk w atmosferze. Widzieli, że gdy Słońce wschodzi, niebo nad horyzontem jaśnieje, staje się czerwonawe, potem żółtawe, by na koniec zabarwić się na niebiesko. Kiedy zaś Słońce zachodzi, niebo zmienia swoją barwę od niebieskiej poprzez zieloną, żółtą, pomarańczową, by wreszcie stać się czerwone. Czasami nocą Księżyc otoczony jest kolorowymi pierścieniami o różnej intensywności. W ciągu dnia niebo często rozjaśnia się barwami tęczy.

Termin "optyka" pochodzi od greckiego słowa optikos, co znaczy "widzialny". Optyka jest nauką o świetle. Historia optyki zaczęta się w Grecji, dwa i pot tysiąca lat temu. Starożytni Grecy byli zafascynowani sekretami światła i widzenia. Badali kolory i zjawiska z nimi związane, jak na przykład tęcze. Udało im się nawet sformułować prawa rozchodzenia i odbijania się światła. Grecy wierzyli, że musi być jakiś kontakt pomiędzy widzianym obiektem a organem widzenia. Ogólnie rozróżniali trzy rodzaje takiego kontaktu. 
Pitagoras (ok. 600 p.n.e.) i jego następcy uważali, że oko ludzkie jest źródłem promieni świetlnych rozchodzących się po liniach prostych w kierunku obiektów w polu widzenia. Pogląd ten podzielało wielu uczonych. Na przykład Euklides (ok. 300 p.n.e.) i Klaudiusz Ptolemeusz (II wiek n.e.) twierdzili, że oko może wysyłać w kierunku obiektów promienie.
Arystoteles (384-322 p.n.e.) utrzymywał, że kontakt między okiem a obiektem jest możliwy dzięki eterowi. Eter pozostający w spoczynku jest czarny. Każde ciało, które dostrzegamy, wprawia eter w ruch. Im szybszy ruch, tym jaśniejsze jest ciało. Szybki ruch wytwarza jasne światło. Każdy kolor jest mieszaniną czarnego i jasnego. Arystoteles twierdził, że człowiek widzi zielony obiekt dlatego, że zabarwia on oko na ten właśnie kolor.
Epikur (341-270 p.n.e.) zaproponował jeszcze inne wyjaśnienie. Twierdził, że przedmioty są widoczne dlatego, że wysyłają promienie w kierunku oka.
Teorie stworzone przez Greków byty powszechnie akceptowane przez następne dziesięć stuleci. Podczas tego okresu nauka o optyce poczyniła bardzo niewielkie postępy.
Od IX do XI stulecia naszej ery na rozległych terenach rozciągających się od Środkowego Wschodu aż do Maroka i Hiszpanii rozkwitała kultura islamska. Prace wielu greckich uczonych zajmujących się zagadnieniami z dziedziny optyki zostały przetłumaczone na arabski. Arabowie nie poprzestali jednak na kopiowaniu tych dziel.
Około 1025 roku wielki uczony muzułmański, znany na Zachodzie jako Alha-zen, napisał słynną książkę o optyce, w której dokonał weryfikacji teorii promieni. Wysunął hipotezę, że świecące obiekty emitują promienie świetlne, które wpadają do oka i stymulują widzenie. Wykazał także, że oba promienie - padający i odbity - znajdują się w tej samej płaszczyźnie. Alhazen zaobserwował, że kolory na obracającej się tarczy są odbierane jako jedna barwa, będąca ich mieszaniną. W rozdziale 2 wspomniano, że obliczył też wysokość atmosfery, obserwując zapadanie zmroku.
Cesarstwo islamskie istniało krótko, wywarło jednak znaczny, polityczny i kulturowy, wpływ na Europę. W Średniowieczu nauka o optyce nosiła nazwę perspektywa i skupiała się na naturze oraz rozchodzeniu się światła, na funkcjonowaniu oka i widzeniu, tworzeniu obrazów w wyniku odbicia i załamania oraz na zjawiskach meteorologicznych powodowanych przez światło. Większość badaczy była mnichami i księżmi. Polski ksiądz, Witelo (ok. 1230-1280), napisał encyklopedię optyki zatytułowaną Perspectiva (ok. 1270). Studium perspektywy