Атмосферная рефракция

         Прежде чем луч света от удалённого космического объекта (например, звезды) сможет попасть в глаз наблюдателя, он должен пройти сквозь земную атмосферу. При этом световой луч подвергается процессам рефракции (преломления), поглощения и рассеяния.

П опадая в атмосферу Земли, луч в результате преломления отклоняется от прямой линии по направлению к Земле. Это явление называется рефракцией. По мере приближения к поверхности Земли плотность атмосферы растёт, и лучи преломляются  всё сильнее. В результате все небесные тела, за исключением тех, что находятся в зените, кажутся на небе выше, чем они есть на самом деле (см. рисунок). Угол α между истинным и видимым направлениями на звезду называется углом рефракции. Звёзды  вблизи горизонта, свет которых должен пройти через большую толщу атмосферы, сильнее всего подвержены действию атмосферной рефракции (угол рефракции составляет порядка 1/6 углового градуса).

 

Видимое смещение (обозначено пунктиром)

для истинных звёзд S₁ и S₂. Наблюдатель находится в точке О

 

Наличие атмосферных слоёв с различной плотностью, температурой и составом и существование вертикальных и горизонтальных перемещений этих слоёв могут создавать переменную рефракцию, которая приводит к видимому мерцанию звёзд.

К другим астрономическим явлениям, связанным с рефракцией света в атмосфере, относится освещение диска Луны красноватым светом во время полных лунных затмений. Такое освещение создаётся солнечными лучами, которые из-за преломления в атмосфере попадают в конус земной тени  и, соответственно, на поверхность Луны.

Ещё в древности Птолемей (2 век) описал кажущееся изменение формы диска Солнца, когда оно находится у горизонта. Сплюснутым или растянутым по вертикали будет казаться диск Солнца у горизонта? Ответ поясните.

Конец формы

 

Начало формы

Рефракцией света в атмосфере называется атмосферно-оптическое явление, вызываемое  

 1) поглощением световых лучей в атмосфере  

 2) преломлением световых лучей в атмосфере  

 3) рассеянием световых лучей в атмосфере  

 4) поглощением, преломлением и рассеянием световых лучей в атмосфере

Конец формы

 Начало формы

Какое(-ие) утверждение(-я) справедливо(-ы)?

А. Для звезды, находящейся в зените, угол рефракции равен нулю.

Б. Наблюдатель на Земле может видеть только те звёзды, истинное положение которых выше горизонта.

  

 1) только А  

 2) только Б  

 3) и А, и Б  

 4) ни А, ни Б

Конец формы

  

Зелёный луч

Рефракция света в атмосфере – оптическое явление, вызываемое преломлением световых лучей в атмосфере и проявляющееся в кажущемся смещении удалённых объектов. Вследствие того, что атмосфера является средой оптически неоднородной (с высотой меняется температура, плотность, состав воздуха), лучи света распространяются в ней не прямолинейно, а по некоторой кривой линии. Наблюдатель видит объекты не в направлении их действительного положения, а вдоль касательной к траектории луча в точке наблюдения (см. рис. 1).

 

 

Рис. 1. Криволинейное распространение светового луча в атмосфере (сплошная линия) и кажущееся смещение объекта (пунктирная линия)

 

Показатель преломления зависит не только от свойств воздушных слоёв атмосферы, но и от длины световой волны (дисперсия света). Поэтому рефракция в атмосфере сопровождается разложением светового луча в спектр. Чем меньше длина волны светового луча, тем более сильную рефракцию он испытывает. Например, фиолетовые лучи преломляются сильнее, чем зелёные, а зелёные – сильнее, чем красные. Поэтому чем меньше длина волны луча, тем сильнее будет видимое смещение за счёт рефракции. В результате верхняя каёмка диска Солнца на восходе и закате кажется сине-зелёной, нижняя – оранжево-красной (рис. 2).

 

 

Рис. 2. Пояснение к появлению зелёного луча

Дисперсия солнечных лучей в наиболее явном виде проявляется в самый последний момент захода Солнца. Когда Солнце уходит за горизонт, последним лучом мы должны были бы увидеть фиолетовый. Однако самые коротковолновые лучи – фиолетовые, синие, голубые – на долгом пути в атмосфере (когда Солнце уже у горизонта) настолько сильно рассеиваются, что не доходят до земной поверхности. Кроме того, к лучам этой части спектра менее чувствительны глаза человека. Поэтому последний луч заходящего Солнца оказывается яркого изумрудного цвета. Это явление и получило название зелёный луч.

В ясную погоду наблюдают цвет Луны при её разных положениях: высоко над горизонтом и вблизи горизонта. В каком случае цвет Луны приобретает красный оттенок? Ответ поясните.

Конец формы

 

Начало формы

Появление зелёного луча в момент захода Солнца связано  

 1) только с рефракцией света  

 2) только с дисперсией света  

 3) только с рассеянием света  

 4) с рефракцией, дисперсией и рассеянием света

Конец формы

 Начало формы

Криволинейное распространение света при прохождении атмосферы объясняется  

 1) поглощением света в оптически неоднородной среде  

 2) рассеянием света в оптически неоднородной среде  

 3) преломлением света в оптически неоднородной среде  

 4) дисперсией света в оптически неоднородной среде

Конец формы