Refracția atmosferică

Fotografie a lunii pline parțial ascunse de atmosfera terestră. Rețineți că forma marginii inferioare a Lunii nu este circulară din cauza refracției.

Diagrama arată deplasarea imaginii Soarelui la răsărit și apus.

Refracția atmosferică este abaterea luminii sau a unei alte unde electromagnetice de la o linie dreaptă pe măsură ce trece prin atmosferă datorită densității variabile a aerului în funcție de înălțime . Refracția atmosferică poate face ca obiectele îndepărtate să pară să strălucească sau să onduleze, mai sus sau mai jos, mai alungite sau mai scurte. De asemenea, aproape de sol poate provoca miraje . Termenul se aplică și refracției sunetului .

Refracția atmosferică face ca obiectele cerești să pară mai sus pe cer decât sunt în realitate. Acționează nu numai asupra razelor de lumină, ci asupra tuturor radiațiilor electromagnetice, chiar dacă au grade diferite (vezi dispersia optică ). De exemplu, în lumina vizibilă, albastrul suferă o refracție mai mare decât roșu. Acest lucru poate provoca împrăștierea unui spectru în imagini de înaltă rezoluție ale obiectelor astronomice.

Ori de câte ori este posibil, astronomii își programează observațiile în jurul punctului culminant al unui obiect, care este atunci când acesta este cel mai înalt pe cer. În mod similar, marinarii nu ar observa o stea mai mică de 20 ° înălțime. Dacă observațiile din apropierea orizontului nu pot fi evitate, este posibil să se echipeze un telescop cu sisteme de control pentru a compensa deplasarea cauzată de refracție. Dacă există, de asemenea, o problemă de dispersie (în cazul observațiilor de bandă largă de înaltă rezoluție), poate fi utilizat și un corector de refracție atmosferică (format din perechi de prisme rotative de sticlă). Dar atunci când magnitudinea refracției atmosferice depinde de temperatură și presiune , precum și de umiditate (cantitatea de vapori de apă este deosebit de importantă la lungimile de undă cu infraroșu mediu), efortul necesar pentru o compensare adecvată ar putea fi prohibitiv.

Refracția atmosferică este dificil de compensat atunci când densitatea aerului variază neregulat, atunci când există turbulențe în aer, de exemplu. Aceasta este cauza sclipirii stelelor și deformarea soarelui la răsărit și apus.

Valori

Refracția atmosferică este zero la zenit , mai mică de 1 '(un minut de arc ) la 45 ° înălțime aparentă și doar 5,3' la 10 °, dar crește rapid cu înălțimea descrescătoare, ajungând la 9, 9 'la 5 °, 18,4 'la 2 ° și 35,4' la orizont ; ^[1] toate valorile sunt pentru 10 ° C și 101,3 kPa .

La orizont, refracția este ușor mai mare decât diametrul aparent al Soarelui. Prin urmare, atunci când se pare că discul complet al soarelui este chiar deasupra orizontului, nicio parte din discul soarelui nu ar fi vizibilă dacă nu ar fi atmosfera. Prin convenție, răsăritul și apusul se referă la momentul în care apare limbajul superior al Soarelui sau dispare din orizont. Valoarea standard pentru înălțimea reală a Soarelui este de -50 ': -34' pentru refracție și -16 'pentru jumătatea de diametru a Soarelui (înălțimea unui corp ceresc este de obicei dată pentru centrul discului) . În cazul Lunii , sunt necesare corecții suplimentare pentru paralela sa orizontală și pentru jumătatea sa aparentă; ambele variază în funcție de distanța Pământ-Lună.

Variațiile zilnice ale vremii atmosferice au o influență asupra orelor exacte ale răsăritului și apusului, ^[2] , precum și asupra răsăritului și apusului Lunii, și acesta este motivul pentru care, în general, nu este considerat semnificativ să se dea orele răsăritului și cu o precizie mai mare decât rotunjirea la minut. ^[3] Calcule mai precise pot fi utile pentru determinarea timpilor de răsărit și apus cu valoarea standard de refracție ^[4] , având în vedere că timpii reali pot fi diferiți din cauza variațiilor imprevizibile ale refracției.

Deoarece refracția atmosferică este de 34 'la orizont, dar doar 29' la 0,5 ° deasupra acestuia, apusul sau răsăritul Soarelui pare să fie aplatizat cu aproximativ 5 '(aproximativ 1/6 din diametrul său aparent).

Refracția de calcul

Calculul riguros al refracției necesită integrare numerică , folosind o metodă precum cea a lui Auer și Standish. ^[5] Bennett ^{[6] a} dezvoltat o formulă empirică simplă pentru a calcula refracția de la înălțimea aparentă. Folosind algoritmul Garfinkel ^[7] ca referință, dacă h _a este înălțimea aparentă în grade, refracția R în minute de arc este dată de

R=\cot \left(h_{\mathrm {a} }+{\frac {7.31}{h_{\mathrm {a} }+4.4}}\right)\,;

{\ displaystyle R = \ cot \ left (h _ {\ mathrm {a}} + {\ frac {7.31} {h _ {\ mathrm {a}} +4.4}} \ right) \,;}

{\ displaystyle R = \ cot \ left (h _ {\ mathrm {a}} + {\ frac {7.31} {h _ {\ mathrm {a}} +4.4}} \ right) \,;}

formula are o precizie de 0,07 '. ^[3] Saemundsson ^{[8] a} dezvoltat o formulă pentru a determina refracția pornind de la înălțimea reală ; dacă h este înălțimea adevărată în grade, refracția R în minute de arc este dată de

R=1.02\cot \left(h+{\frac {10.3}{h+5.11}}\right)\,;

{\ displaystyle R = 1.02 \ cot \ left (h + {\ frac {10.3} {h + 5.11}} \ right) \,;}

{\ displaystyle R = 1.02 \ cot \ left (h + {\ frac {10.3} {h + 5.11}} \ right) \,;}

formula corespunde cu cea a lui Bennett la mai puțin de 0,1 '. Ambele formule presupun o presiune atmosferică de 101 kPa și o temperatură de 10 ° C. Pentru diferite presiuni P și temperaturi T , refracția calculată cu aceste formule trebuie multiplicată cu

{\frac {P}{1010}}\,{\frac {283}{273+T}}

{\ displaystyle {\ frac {P} {1010}} \, {\ frac {283} {273 + T}}}

{\ displaystyle {\ frac {P} {1010}} \, {\ frac {283} {273 + T}}}

^[3] Refracția crește aproximativ 1% pentru fiecare creștere a presiunii de 0,9 kPa și scade aproximativ 1% pentru fiecare scădere a presiunii de 0,9 kPa. În mod similar, refracția crește cu aproximativ 1% pentru fiecare scădere a temperaturii cu 3 ° C și scade cu aproximativ 1% pentru fiecare creștere a temperaturii cu 3 ° C.

Turbulențe în atmosferă

O imagine animată a suprafeței Lunii prezentată cu efectele atmosferei Pământului

Turbulențele din atmosferă măresc sau micșorează imaginile stelelor, făcându-le să pară mai luminoase sau mai slabe pe o scară de timp de milisecunde. Componentele mai lente ale acestor fluctuații sunt vizibile ochiului sub formă de scântei.

Turbulența provoacă, de asemenea, mici mișcări aleatorii ale imaginii stelei și produce schimbări rapide în structura sa. Aceste efecte nu sunt vizibile cu ochiul liber, dar devin așa în telescoape mici. Astronomii îi numesc „ văzând ”.

Notă

^ Allen, CW 1976. Astrophysical Quantities , ed. A 3-a. 1973, retipărit cu corecții, 1976. Londra: Athlone. ISBN 0-485-11150-0
^ Schaefer, Bradley E. și William Liller. 1990. Refracție lângă orizont . Publicații ale Societății Astronomice din Pacific 102: 796-805, iulie 1990.
^ ^a ^b ^c Meeus, Jean. 1991. Algoritmi astronomici . Richmond, Virginia: Willmann-Bell, Inc. ISBN 0-943396-35-2
^ Meeus, Jean. 2002. Mai multe bucăți de astronomie matematică . Richmond, Virginia: Willmann-Bell, Inc. ISBN 0-943396-74-3
^ Auer, Lawrence H. și E. Myles Standish. 2000. Refracție astronomică: calcul pentru toate unghiurile Zenith . Revista Astronomică 119, nr. 5 (mai): 2472–2474.
^ Bennett, GG 1982. Calculul refracției astronomice în navigația maritimă. Journal of Navigation 35: 255-259. DOI (se solicită plata)
^ Garfinkel, B. 1967. Refracția astronomică într-o atmosferă poltropică . Jurnal astronomic 72: 235-254.
^ Sæmundsson, Þorsteinn. 1986. Refracție astronomică. Sky and Telescope 72 (iulie): 70.

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre refracția atmosferică

linkuri externe

Refracție astronomică - Andrew T. Young
Programare Java1 , la geocities.jp . Adus la 3 iulie 2012 (arhivat din original la 23 octombrie 2012) .
Programare Java2 , la geocities.jp . Adus la 3 iulie 2012 (arhivat din original la 23 octombrie 2012) .
Calculator JavaScript , la geocities.jp . Adus la 3 iulie 2012 (arhivat din original la 2 noiembrie 2012) .

Controlul autorității	Thesaurus BNCF 5485 · GND (DE) 4143250-2

[1] Allen, CW 1976. Astrophysical Quantities , ed. A 3-a. 1973, retipărit cu corecții, 1976. Londra: Athlone. ISBN 0-485-11150-0

[2] Schaefer, Bradley E. și William Liller. 1990. Refracție lângă orizont . Publicații ale Societății Astronomice din Pacific 102: 796-805, iulie 1990.

[Meeus1991-3] Meeus, Jean. 1991. Algoritmi astronomici . Richmond, Virginia: Willmann-Bell, Inc. ISBN 0-943396-35-2

[4] Meeus, Jean. 2002. Mai multe bucăți de astronomie matematică . Richmond, Virginia: Willmann-Bell, Inc. ISBN 0-943396-74-3

[5] Auer, Lawrence H. și E. Myles Standish. 2000. Refracție astronomică: calcul pentru toate unghiurile Zenith . Revista Astronomică 119, nr. 5 (mai): 2472–2474.

[6] Bennett, GG 1982. Calculul refracției astronomice în navigația maritimă. Journal of Navigation 35: 255-259. DOI (se solicită plata)

[7] Garfinkel, B. 1967. Refracția astronomică într-o atmosferă poltropică . Jurnal astronomic 72: 235-254.

[8] Sæmundsson, Þorsteinn. 1986. Refracție astronomică. Sky and Telescope 72 (iulie): 70.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6] a

[7]

[8] a