Шпаргалки ао "Астрономии"

30. Рефракция

 

Видимое положение светила  над горизонтом, строго говоря, отличается от

вычисленного по формуле (1.37). Дело в том, что лучи света  от небесного тела,

прежде чем попасть  в глаз наблюдателя, проходят сквозь атмосферу Земли и

преломляются в ней, а так как плотность атмосферы  увеличивается к поверхности

Земли, то луч света (рис. 19) все более и более отклоняется  в одну и ту же

сторону по кривой линии, так что направление ОМ1 , по которому наблюдатель О

видит светило, оказывается  отклоненным в сторону зенита и не совпадающим с

направлением   ОМ2   (параллельным ВМ), по которому он видел  бы светило при

отсутствии атмосферы.

 

Явление преломления  световых лучей при прохождении  ими земной атмосферы

называется астрономической  рефракцией.

Угол M1OM2 называется углом  рефракции или рефракцией r . Угол ZOM1 называется

видимым зенитным расстоянием  светила z', а угол ZOM2  - истинным зенитным

расстоянием z.

Непосредственно из рис. 19 следует

z - z' = r   или  z = z' + ρ ,

т.е. истинное зенитное расстояние светила больше видимого на величину рефракции

r . Рефракция как бы  приподнимает светило над горизонтом.

По законам преломления  света луч падающий и луч преломленный лежат в одной

плоскости. Следовательно, траектория луча МВО и направления  ОМ2 и OM1 лежат в

одной вертикальной плоскости. Поэтому рефракция не изменяет азимута  светила, и,

кроме того, равна нулю, если светило находится в зените.

Если светило находится  в кульминации, то рефракция изменяет только его склонение

и на ту же величину, что  и зенитное расстояние, так как  в этом случае плоскости

его часового и вертикального  кругов совпадают. В остальных случаях, когда эти

плоскости пересекаются под некоторым углом, рефракция  изменяет и склонение, и

прямое восхождение  светила.

Точная теория рефракции  очень сложна и рассматривается  в специальных курсах.

Рефракция зависит не только от высоты светила над горизонтом, но и от состояния

атмосферы, главным образом  от ее плотности, которая сама является функцией, в

основном температуры  и давления. При давлении В мм. рт. ст. и температуре t° С

приближенное значение рефракции

      (1.38)      ρ = 60’’, 25 B/760*273  ͦͦ/(273+t)tg z'.(1.39)

 

Следовательно, при температуре 0° С и при давлении 760 мм рефракция   ρ=60”,25tgz’

По формулам (1.38) и (1.39) рефракция вычисляется в тех  случаях, когда видимое

зенитное расстояние z' < 70°. При z' > 70° формулы (1.38) и (1.39) дают ошибку

больше 1", увеличивающуюся  при дальнейшем приближении к  горизонту до

бесконечности, тогда  как действительная величина рефракции  в горизонте

составляет около 35'. Поэтому для зенитных расстояний z' > 70° рефракция

определяется путем  сочетания теории со специальными наблюдениями.

Вследствие рефракции  наблюдается изменение формы  дисков Солнца и Луны при их

восходе или заходе. Рефракция  нижних краев дисков этих светил у  горизонта почти

на 6' больше рефракции  верхних краев, а так как горизонтальные диаметры

рефракцией не изменяются, то видимые диски Солнца и Луны принимают овальную

форму.

Сумерки. Белые ночи

 

Часть суток после  захода Солнца называется вечерними  сумерками, а перед его

восходом - утренними  сумерками. Сумерки - постепенное ослабление дневного света

после захода Солнца или  уменьшение ночной темноты перед  восходом Солнца -

происходят от рассеяния  света слоями воздуха, находящимися выше горизонта

наблюдателя (рис. 21). Различают  сумерки гражданские и астрономические.

 

Вечерние гражданские  сумерки начинаются в момент заходи Солнца и продолжаются до

тех пор, пока высота центра диска Солнца не станет равной h¤ = - 6°. Утренние

гражданские сумерки  начинаются перед восходом Солнца, когда высота его центра h¤

= - 6°, и кончаются  в момент восхода Солнца.

Астрономические сумерки (утренние и вечерние) длятся дольше, так как за их

начало или конец  принимается тот момент, когда  высота центра Солнца h¤ = - 18°.

Когда кончаются вечерние гражданские сумерки, то приходится прибегать к

искусственному освещению; на небе видны лишь наиболее яркие  звезды. В конце

вечерних астрономических  сумерек исчезают последние следы  вечерней зари,

наступает ночь, а на небе видны уже слабые звезды.

Продолжительность сумерек  Dt зависит от географической широты места и от

склонения Солнца d¤, т.е. от времени года, и вычисляется по формуле

cos(t+∆t)=(sinh- sinϕsinδ)/(cosϕcosδ)

      (l.47)

 

где высота центра Солнца h¤ = - 6° для гражданских и h¤ = - 18° для

астрономических сумерек, а часовой угол t восхода или захода Солнца находится по

формуле (1.43).

Если считать за восход и заход Солнца появление из-под  горизонта и исчезновение

под горизонт его верхнего края и учитывать влияние рефракции, то момент времени,

вычисленный по формуле (1.43) для восхода, получается более  ранним, а для захода

- более поздним, чем  моменты, вычисленные по формуле  (1.44), т.е. без учета

видимого радиуса  Солнца и рефракции. Поэтому на всех географических широтах во

все дни года продолжительность  дня больше, чем она была бы без  влияния этих

причин. И то, что было сказано в &sect;&sect; 16 и 17 о продолжительности дня и ночи в

разных местах Земли  в разные времена года, следует  уточнить. Именно, на экваторе

Земли день всегда продолжительнее  ночи, на полюсах Земли полярный день длится

больше полугода, а  на остальных географических широтах  равенство

продолжительности дня  и ночи наступает раньше, нежели Солнце придет в точку

весеннего равноденствия, и позже теоретического дня осеннего равноденствия.

На географической широте ϕ  = 60° 33' в день летнего солнцестояния (d¤ = + 23°

27') высота Солнца h¤ в нижней кульминации (в полночь) согласно формуле (1.13)

равна - 6°. Следовательно, на широте ϕ = 60°33’; в день летнего солнцестояния

конец вечерних гражданских  сумерек совпадает с началом  утренних гражданских

сумерек, т.е. гражданские  сумерки длятся всю ночь, что дало повод назвать такую

ночь белой. Число  белых ночей в году и возможность  их наступления зависят от

географической широты места и от склонения Солнца. Для  того чтобы гражданские

сумерки не прекращались всю ночь, нужно, чтобы склонение  Солнца

δ¤>=90° - ϕ  - 6°,    т.е.  δ¤>= 84°- ϕ.

Астрономические сумерки  тем более могут длиться всю  ночь. Для этого необходимо,

чтобы склонение Солнца

δ¤>=90° - ϕ  - 18°      или δ¤ >= 72° - ϕ.

Отсюда следует, что  сплошные астрономические сумерки  могут быть на

географических широтах  ϕ>=48° 33'.