천문 굴절. 대기의 굴절과 광학 현상
천문 굴절
그림 1. 천문굴절
천문굴절 - 광선의 굴절(곡률) 현상
대기를 통과할 때 대기의 광학적 불균일성으로 인해 발생
공기. 높이에 따른 대기 밀도의 감소로 인해 곡선의 광선은 천정쪽으로 볼록합니다 (그림. 천문 굴절). 굴절은 법칙에 따라 발광체의 천정 거리(높이)를 변경합니다: r = a * tan z, 여기서: z는 천정 거리, a = 60.25"는 지구 대기에 대한 굴절 상수입니다(t = 0 o C에서). , p = 760mm.Hg).
그림2. 대기 굴절에 의한 조명기구의 모양과 각도 치수의 왜곡
천정에서는 굴절이 최소화됩니다. 수평선으로 기울어질수록 굴절이 증가합니다.
최대 35o이며 대기의 물리적 특성, 즉 구성, 밀도, 압력, 온도에 크게 좌우됩니다. 굴절로 인해 천체의 실제 높이는 항상 겉보기 높이보다 작습니다. 굴절은 천체의 이미지를 실제 위치보다 "상승"시킵니다. 발광체의 모양과 각도 치수가 왜곡됩니다. 수평선 근처에서 일출과 일몰 시 태양과 달의 원반은 "평탄화"됩니다. 원반의 하단 가장자리가 상단보다 더 강한 굴절에 의해 상승하기 때문입니다. 모양).
빛의 굴절률은 파장에 따라 왜곡됩니다. 매우 맑은 대기에서는 일몰이나 일출 시 희귀한 "녹색 광선"을 볼 수 있습니다. 별까지의 거리가 크기보다 비교할 수 없을 정도로 크기 때문에 별을 빛의 점 광원으로 간주할 수 있으며, 그 광선은 평행한 직선을 따라 공간에서 전파됩니다. 서로 다른 밀도의 대기층(흐름)에서 별빛 광선의 굴절은 별의 반짝임을 유발합니다. 즉, "별의 유희" 색상의 변화와 함께 불균일한 강도와 밝기의 약화가 발생합니다. 지구의 대기는 햇빛을 산란시킵니다. 광산란은 10 -3 -10 -9 m 크기의 공기 밀도, 응결 및 희박함의 임의의 미세한 불균일성에서 발생합니다. 광산란의 강도는 빛 파장의 4승에 반비례합니다(Rayleigh의 법칙). 보라색, 파란색, 청록색 광선이 가장 강하게 산란되고 주황색과 빨간색이 가장 약합니다.
결과적으로 지구의 하늘은 낮 동안 파란색을 띠게 됩니다. 관찰자는 대기에 산란된 햇빛을 감지하며, 그 방출 스펙트럼은 다음과 같습니다.
단파로 바뀌었습니다. 같은 이유로 먼 숲과 산은 우리에게 파랗고 파랗게 보입니다.
일출과 일몰 시 태양과 달의 원반은 붉은색을 띕니다. 수평선에 접근하면 산란 없이 통과한 광선의 경로가 길어지고 스펙트럼이 더 긴 파동 쪽으로 이동합니다.
새벽에주의하십시오. 처음에는 아침 새벽의 좁고 붉은 색 띠가 창백 해지고 분홍색으로 변하고 노란색으로 채워지고 천정의 하늘은 어둡고 거의 검은 색이 짙은 보라색이 된 다음 라일락, 파란색이됩니다. 연한 파란색이고 저녁에는 모든 일이 반대 방향으로 발생합니다. 지구상의 밤은 결코 완전히 어둡지 않습니다. 별빛과 대기에 산란되는 오래도록 지는 태양은 0.0003럭스의 무시할 만한 조명을 생성합니다.
일광 시간의 길이는 항상 초과됩니다.
일출부터 일몰까지의 시간. 햇빛의 산란
지구의 대기는 황혼을 일으키며, 낮의 밝은 시간에서 낮의 어두운 시간, 밤으로의 원활한 전환을 제공합니다. 황혼은 수평선 아래의 태양이 대기의 상층을 비추기 때문에 발생합니다. 지속 시간은 태양의 위치에 따라 결정됩니다.
장소의 황도 및 지리적 위도. 민간 황혼은 구별됩니다. 일몰(태양 디스크의 상단 가장자리)부터 잠수까지의 기간입니다.
수평선 아래 6 o -7 o; 항해 박명 - 태양이 수평선 아래로 12° 내려갈 때까지, 천문학적 박명 - 각도가 18°에 도달할 때까지.
지구의 고위도 (59.5o)에서는 백야가 관찰됩니다. 이는 어둠이 없을 때 저녁 황혼에서 아침 황혼으로 직접 전환되는 현상입니다.
황혼 현상은 금성의 밀도가 높은 대기에서도 관찰됩니다.
| 우주 현상 | 천체 현상 데이터에서 발생하는 우주 현상 |
| 기상 | 1) 대기 굴절: - 유명인의 천체 좌표 왜곡; - 적도 교정의 필요성 굴절을 위한 천체의 좌표; - 모양 및 각도 치수의 왜곡 해가 뜰 때 높이 솟아오른 천체와 일몰; - 반짝이는 별; - "녹색 광선". 2) 대기 중 빛의 산란 |
A. 유. 루미안세프
중등학교의 천문학 교육 방법론
S. V. 즈베레바
햇살 가득한 세상에서
L., Gidrometeoizdat
1988
160페이지
볼륨 5MB
이 책은 독자들에게 밝고 다채롭고 때로는 신비한 대기 속의 빛 현상의 세계를 소개합니다. 그것은 무지개, 태양이나 달 주위의 크고 작은 원과 같은 독자에게 친숙한 현상에 대해 알려줍니다. 이러한 현상을 본 많은 사람들은 이러한 현상이 과학적 관점에서 어떻게 설명되는지 배우는 데 관심이 있습니다. 예를 들어, 왜 구름 없는 하늘은 파란색이고 흐린 하늘은 흰색입니까? 밤하늘은 왜 어둡고 태양처럼 눈부시게 밝지 않습니까? 독자는 오로라와 신기루가 어떻게 발생하는지, 우주 비행사가 우주 비행사에게 밝기와 색상이 특이한 빛 현상 등을 보게 될 것입니다. 현상은 또한 많은 사람들이 보지 못했다고 설명하는데, 이는 거의 발생하지 않기 때문이 아니라 단순히 어디서, 언제, 무엇을 봐야할지 몰랐기 때문입니다. 이 책이 독자에게 말해줄 내용은 바로 이것이다.
이 책은 자연을 사랑하는 광범위한 독자를 대상으로 작성되었습니다. 주변 자연에 대한 이해를 넓히는 것은 기상학, 지리학, 해양학 전공 학생들과 학생들에게 유용할 것입니다.
도서 목차
머리말
광산란
제1장. 궁창의 옛 신비와 새 신비
광원으로서의 태양
대기 중 태양광선 약화
하늘은 왜 파란가요? 태양은 왜 빨간색일까요?
대기 안개
창공의 새로운 신비에 대하여
제2장 햇빛의 산란과 그 법칙
광산란의 다양성
광산란은 어떻게 발생합니까?
대기 에어로졸
에어로졸 산란
산란광의 정량적 특성
푸른 달이나 녹색 태양을 본 적이 있나요?
구름과 안개 속에서 레이더를 사용할 수 있는 이유는 무엇입니까?
산란 지표
산란광의 편광
제3장. 궁창
천국의 금고는 무엇입니까?
하늘색과 밝기의 변화
구름 없는 하늘의 밝기 분포
태양 주위 후광
하늘의 양극화
청색도, 편광 및 하늘 밝기의 최대값과 최소값 위치
하늘의 모양
하늘의 모양으로 인한 착시 현상
제4장. 왕관, 영광, 후광
크라운
글로리아
브로켄 고스트
후광
구름 무지개빛
주교의 반지
5장. 무지개
무지개는 몇 개 있나요?
무지개는 어떻게 나타나는가?
무지개 광선
두 번째 무지개와 다음 무지개
무지개는 왜 다른가요?
방울의 크기와 모양, 그리고 그것이 무지개 모양에 미치는 영향
추가 아크의 '비밀'이 풀렸습니다!
비가 내리지 않은 무지개?
미스티 레인보우
달활
6장. 헤일로
다양한 후광 모양
구름 속의 얼음 결정
유색 후광의 형성
백색 후광
희귀한 형태의 후광
남극의 헤일로
헤일로 시뮬레이션
해결되지 않은 문제
어떤 결정이 무엇을 담당합니까?
후광의 편광
다운로드 유명한 네덜란드 천문학자 미나에르트 교수의 책은 교과서도 아니고 오랫동안 알려진 진리를 대중적으로 제시한 책도 아닙니다. 아무런 장비나 특별한 지식 없이도 관찰력 있는 독자라면 꿰뚫어 볼 수 있는 자연의 크고 작은 비밀에 대한 시적인 이야기이다. 햇빛과 그림자 1. 태양의 이미지(17). 2. 그림자 (19). 3. 일식과 일몰 동안의 태양과 그림자의 이미지(20). 4. 이중 그림자(21). 빛의 반사 5. 반성의 법칙(23). 6. 와이어(23)로부터의 반사. 7. 물체와 반사의 차이(25). 8. 운하와 강에 반사되는 빛의 광선(27). 9. 특이한 반성 (28). 10. 반사로 촬영 (29). 11. 가우스 헬리오트로프 (30). 12. 정원 거울공에 반사됨(31). 13. 비눗방울에 반사됨(32). 14. 수면의 요철(33). 15. 창문 및 거울유리(34). 16. 도로 거울(35). 17. 가벼운 잔물결로 뒤덮인 물에 대한 잘못된 반사(36). 18. 빛 기둥에 대한 자세한 연구(41). 19. 잔물결로 뒤덮인 좁은 물줄기의 반사(42). 20. 파도로 뒤덮인 넓은 수면에서의 반사(43). 21. 매우 약한 파도의 가시성(46). 22. 더러운 물 표면의 빛의 반점 (47). 23. 눈 위의 빛의 반점 (47). 24. 도로 위의 빛의 반점 (47). 25. 비가 오는 동안 웅덩이에 반사됨(48). 26. 나뭇가지의 밝은 원 (49). 빛의 굴절 27. 공기에서 물로 통과할 때 빛의 굴절(51). 28. 볼록한 물 표면의 굴절(52) 29. 고르지 못한 유리의 굴절 (53) 30. 거울 유리의 이중 반사(53). 31. 투과광으로 거울 유리에 있는 여러 이미지(56). 32. 창유리에 나무 면류관이 반사됨(57) 33. 와이퍼 자국(58). 34.렌즈같은 물방울(58). 35. 이슬 방울과 서리 결정의 무지개 색 (59). 대기 중 광선의 휘어짐 36. 광선의 지상파 곡률(60). 37. 반사 없는 광선의 비정상적인 곡률(61). 38. 미니어처의 신기루 (64). 39. 뜨거운 표면 위의 Beaulieu 신기루(“하위 신기루”)(65). 40. 찬물 위의 신기루(“상부 신기루”)(70). 41. 공중의 성 (71). 42. 일출과 일몰 동안 태양과 달의 왜곡(74). 43. 다중 이미지(78). 44. 그린빔(79). 45. 그린서프(84). 46. 레드빔(84). 47. 지구 광원의 깜박임 (84). 48. 반짝이는 별들 (86). 49. 별의 반짝임을 측정하는 방법은 무엇입니까? (89). 50. 별은 언제 가장 반짝일까요? (89). 51. 행성의 반짝임 (90). 52. 달리는 그림자 (91). 빛의 강도와 밝기 53. 알려진 강도의 광원으로서의 별(93) 54. 대기 중 빛의 감쇠 (94). 55. 별과 양초의 비교 (97). 56. 두 개의 가로등 비교(97). 57. 달과 가로등의 비교(98). 58. 달 원반의 밝기(98). 59. 풍경의 밝기 비율 (99). 60. 반사율(100). 61. 철망(101)의 투명성. 62. 숲의 불투명도(102). 63. 이중 방어벽의 틈새(103). 64. 사진 측광(105). 65. 수중 비전(108). 66. 눈 안쪽을 보이게 하는 방법(PO). 67. 사각지대. 68. 야간 근시(111). 69. 눈이 만든 불완전한 이미지(112). 70. 밝은 광원에서 나오는 것처럼 보이는 광선(113). 71. 안경으로 인한 현상(114) 72. 시력(115). 73. 직접 및 측면 시력의 민감도(117). 74. 페히너의 실험(119). 75. 달빛이 비치는 풍경 (119). 76.밝은 햇빛 아래 풍경(120). 77. 휘도비 임계값(120). 78.밤의 하얀 물체 (121). 79. 베일의 효과(121) 80. 유색창유리(121). 81. 황혼과 달빛에 의한 별들 (122) 82. 낮 동안 별의 가시성 (123). 83. 조사(123). 84. 빛의 눈부신 효과 (125) 85.색 혼합 (126). 86. 색상의 반사와 유희(127). 87. 금속 콜로이드 용액의 색상. 보라색 창유리(127). 88. 가스등 튜브의 색상; 가스에서 빛의 흡수(128). 89. 푸르킨예 효과 원뿔과 막대(129). 90. 매우 밝은 광원의 색상은 흰색에 가깝습니다(130). 91. 색유리를 통해 본 풍경의 인상(130). 92. 머리를 낮춘 상태에서 색상 관찰(130). 일관된 이미지와 대조되는 현상 93. 가벼운 감각의 지속 기간 (131). 94. "피켓 울타리"현상 (132). 95. 깜박이는 광원 (135). 96. 중앙 및 주변 시야의 깜박임 빈도를 제한하십시오(136). 97. "고정된" 자전거 바퀴(137). 98. "고정된" 자동차 바퀴(138). 99. "고정된" 비행기 프로펠러(139). 100. 회전하는 자전거 바퀴의 관찰(139) 101. 연속 이미지(141). 102. 엘리베타 린네우스의 등장(143). 103. 연속 이미지의 색상 변경(144). 104. "동시 비교"(145)를 통해 얻은 대비. 105. 서로 다른 밝기의 교차점에서 대비되는 테두리(145). 106. 그림자의 경계를 따라 대조되는 경계(146). 107. 검은 눈 (147). 108. 하얀 눈과 회색 하늘 (147). 109. 색상 대비(148). 에 의해. 컬러 그림자 (149). 111. 컬러 반사로 인해 발생하는 컬러 그림자(152). 112. 대비삼각형(152). 형태와 움직임의 판단 113. 위치 및 방향 결정과 관련된 착시(154). 114. 우리가 움직임을 보는 방법(155). 115. 움직이는 별들(356). 116. 회전하는 풍경과 우리를 동반하는 달(157). 117. 휴식과 움직임에 관한 환상(158) 118. 흔들리는 이중 별 (161). 119. 회전 방향과 관련된 착시 현상(161). 120. 입체 현상(162). 121. 거리와 크기에 대한 환상(164) 122. 달 위의 '인간'(164). 123. 스포트라이트의 곡률. 클라우드 뱅크(165). 124. 창공이 명백히 평평해짐(166) 125. 각도 높이의 과대평가 (168) 126. 지평선 근처에서 태양과 달의 크기가 눈에 띄게 증가한다(168). 127. 수평선 근처의 천체 크기의 명백한 증가와 창공의 모양 사이의 연관성(170). 128. 오목한 땅(172). 129. "과소평가" 이론(172). 130. 시각적 방향에 대한 가우스 이론(174). 131. 지상의 물체는 하늘의 둥근 천장까지의 거리를 평가하는 데 어떤 영향을 미칩니까?(176) 132. 태양과 달의 겉보기 크기(센티미터). 연속 이미지 방법(177). 133. 그림 속의 풍경 (178). 무지개, 후광 및 크라운 134. 빗방울의 간섭 현상 (179) 135. 무지개가 어떻게 형성되는지 (181) 136. 무지개에 대한 설명(182). 137. 눈에 가까운 무지개 (184). 138. 무지개에 대한 데카르트 이론(185). 139. 무지개의 회절 이론(188). 140. 하늘은 무지개 근처에 있다(190). 141. 무지개 빛의 편광(191). 142. 무지개에 번개가 미치는 영향 (192). 143. 붉은 무지개(192). 144. 안개가 자욱하거나 하얀 무지개(193). 145. 이슬 위의 무지개 또는 수평 무지개(194). 146. 반사된 태양으로부터 반사된 무지개와 무지개(195). 147. 수평 무지개의 반사 (197). 148. 특이한 무지개 현상 (198). 149. 문보우(199). 150. 후광 현상에 대한 일반적인 설명(199) 151. 작은 원(201). 152. 작은 후광 위의 파헬리아(Parhelia) 또는 거짓 태양(204). 153. 작은 후광 근처의 수평 접선 호. 설명된 후광(206). 154. 작은 후광의 비스듬한 접선 호 또는 "비스듬한 로위츠 호"(206). 155. 더그 패리(207). 156. 대권 또는 46 후광(207). 157. 대후광의 거짓 태양(207). 158. 큰 후광의 낮은 접선 호(208). 159. 큰 후광의 상부 접선 호(208). 160. 천정에 가까운 호(208). 161. 수평 또는 Parhelic 원 (209). 162. 조명 또는 태양열 기둥(210). 163. 라이트 크로스(211). 164. 서브순(211). 165. 이중 태양(211) 166. 매우 드물고 의심스러운 후광 현상(212). 167. 경사지고 왜곡된 후광 현상(213) 168. 후광 현상의 발달 정도(213). 169. 통과하는 비행기 이후에 형성된 구름 속의 후광(214). 170. 눈 근처에서 발생하는 후광 현상(214). 171. 지구 표면의 후광 현상(216). 172. 오일 얼룩의 간섭 색상(216). 173. 얼어붙은 창유리의 색상 (219). 174. 녹슨 물의 간섭색(220). 175. 빛의 회절(220) 176. 작은 흠집에 의한 빛의 회절(221) 177. "크라운"(222). 178. 크라운에 대한 설명(223) 179. 창유리 위의 크라운 (226) 180. 눈에 나타나는 밝은 면류관(228). 181. 녹색 및 청색 태양(229). 182. 글로리아(231). 183. 무지개빛(무지개빛) 구름(233). 184. 진주 구름의 어머니 (235). 185. 이슬 맺힌 초원의 후광 (236) 186. 이슬이 없는 표면의 후광 (238) 187. 풍선 그림자 주위의 후광 (239). 하늘의 빛과 색 188. 연기에 의한 빛의 산란(240). 189. 푸른 하늘(242). 190. 공중 관점(243). 191. 산악 지역의 빛과 색. 비행기에서 본 페이지(245). 192. 왜 손으로 눈을 가리나요? 튜브를 통한 꽃 관찰(245). 193. 니그로미터를 이용한 실험(246) 194. 청록색계(하늘의 푸른 정도를 측정하는 장치) (248). 195. 하늘을 가로지르는 빛의 분포(248). 196. 푸른 하늘 색상의 변화(250). 197. 먼 하늘의 색깔은 언제 주황색이고 언제 녹색입니까? (251). 198. 일식 중 하늘의 색(253). 199. 푸른 하늘빛의 편광(254). 200. 하이딩거 브러쉬(Haidinger's Spots) (256). 201. 안개에 의한 빛의 산란(259). 202. 구름 속의 빛의 산란(261). 203. 물뱀의 가시성(262) 204. 이슬로 뒤덮인 잔디에 빛이 산란되는 현상(263) 205. 안개가 자욱한 창문에서 빛이 산란되는 현상(263) 206. 공중에 떠 있는 입자의 가시성(264). 207. 스포트라이트(265). 208. 가시성(266). 209. 태양이 “물을 마시는 방법”(269). 210. 새벽(270). 211. 황혼 현상의 변화 (274). 212. 황혼의 광선(276). 213. 황혼 현상에 대한 설명 (277). 214. 일출과 일몰 사이에 차이가 있습니까? (280). 215. 황혼 동안의 조명 변화 (280) 216. “새벽이 오기 전이 가장 어둡다”(281). 217. 날씨의 징후인 아침과 저녁 새벽(281). 218. 황혼의 정상적인 과정에서의 방해(282) 219. 태양 주위의 후광(283). 220. 황혼의 권운 또는 울트라시리(284). 221. 야광운(284). 222. 야간 조명 현상(286). 223. 황도광(289). 224. 월식(293). 225. 필 라이트(294). 226. "비행 접시"(294). 풍경 속의 빛과 색 227. 태양, 달, 별의 색(296). 228.구름색(299). 229. 일출 및 일몰 시 구름 색상(301). 230. 지상 광원에 의한 구름 조명(302) 231. 물의 색깔을 결정하는 이유(304) 232. 길가 웅덩이의 색상(305). 233. 강과 운하의 색(306). 234. 바다의 색(308). 235. 북해의 빛과 색(310) 236. 배에서 관찰한 바다의 색깔(316) 237. 호수의 색(318). 238. 니콜을 이용한 물의 색 관찰(319) 239. 물의 색을 평가하는 척도(321). 240. 물 위의 그림자 (321). 241. 물 위의 그림자 근처의 밝은 후광 (323). 242. 선박의 수선(324). 243. 폭포의 색깔(325) 244. 고체의 색(325) 245. 서리로 뒤덮인 나뭇가지에 의한 빛의 산란(326). 246. 녹색 잎의 색(327) 247. 녹색 잎의 색에 빛이 미치는 직접적인 효과(329). 248 풍경 속의 식물(329). 249. 그림자와 어두운 점(332). 250. 태양을 향하는 방향과 반대 방향으로 풍경을 조명합니다(333). 251. 습도가 색상에 미치는 영향(335) 252. 비온 뒤의 풍경(335) 253. 실루엣(336). 254. 풍경 속 인간의 모습 (337)
M. Minnaert "자연의 빛과 색"
출판사: 나우카
연도: 1969
페이지: 344
형식: DJVU
크기: 2.9MB
저자의 학식, 즉 세계, 특히 러시아 문학에 대한 놀라운 지식은 이 책을 일반 독자와 전문가 모두에게 흥미롭게 만듭니다.
천문 굴절은 지구 대기에서 광선이 굴절되는 현상입니다. 굴절로 인해 발광체를 향한 관찰(측정) 방향은 대기가 없을 때 발생하는 실제 방향과 일치하지 않습니다. 대기 중에서 빔이 편향되는 각도를 굴절이라고도 합니다.
대기의 구조는 복잡하고 불안정합니다. 굴절값을 완전히 결정하는 공식을 얻으려면 대기 모델을 선택해야 합니다.
측지 천문학에서는 다음 조항에 따라 결정되는 정상 대기 모델이 채택됩니다.
대기는 여러 층으로 구성되어 있습니다.
각 층의 공기 밀도 d는 일정하며 높이에 따라 감소합니다.
빔의 입사점에 그려진 두 매체 경계의 법선은 수직선과 일치합니다.
굴절 이론은 빛의 굴절 법칙을 기반으로 합니다.
1. 입사광선, 굴절광선, 두 매체의 경계에 입사점에 그려진 법선은 동일한 평면에 놓입니다.
따라서 정상적인 대기의 경우 빛의 굴절은 수직면에서 발생합니다. 즉 굴절은 천정 거리에만 영향을 미치고 발광체의 방위각에는 영향을 미치지 않습니다.
2. 스넬의 법칙. 입사각 사인비 나 1을 굴절각의 사인으로 나 2 이 두 매체에 대해 굴절률 m 2 대 굴절률 m 1의 비율과 동일한 상수 값이 있습니다.
내가 죄를 지었다 1 /내가 죄를 지었다 2 = m 2 / m 1.
두 번째 레이어 d 2의 밀도가 첫 번째 레이어 d 1의 밀도보다 크면 m 2 > m 1이고, 나 2 < 나즉, 밀도가 낮은 층에서 밀도가 높은 층으로 이동하는 빔은 수직선 방향으로 편향됩니다.
천문학적 굴절이 별의 좌표에 어떤 영향을 미치는지 생각해 봅시다. 지구 표면이 관측점 M에 있는 평면이라고 가정하자.
(그림 1.20). 별에서 진공 상태로 떨어지는 광선은 지구 대기에 들어갈 때 굴절됩니다. 결과적으로 관측된 별 방향은 대기가 없을 때 발생하는 실제 방향과 일치하지 않습니다. 그림에서. 1.20에서는 토포센트릭 천정 거리 ztop이 측정된 천정 거리 z"와 굴절 r의 합이라는 것을 알 수 있습니다.
Z 상단 = z" + r.
일반 대기 모델의 경우 천문 굴절은 수평 방향을 변경하지 않습니다. 즉, 토포센트릭 방위각은 측정된 방위각과 같습니다.
r 값을 계산하는 공식을 도출해 보겠습니다.
스넬의 법칙에 따르면,
죄 z 상단 / 죄 z" = m/1,
여기에서 죄 z 상단 = m 죄 z" 또는
죄(z" + r) = m 죄 z".(1.12)
왼쪽(1.12)을 확장해 보겠습니다.
죄지" 코사인 r + 죄아르 자형 코사인 z" = m 죄지".
각도 r이 작으므로
코사인 r ~ 1, 죄 r = r"/206265".
죄 z" + 코사인 z"r"/206265" = m 죄 z".(1.13)
식 (1.13)의 양쪽을 다음과 같이 나누어 보겠습니다. 죄 z" 및 표현 r":
r" = (m - 1) tg z"·206265".
따라서 천문학적 굴절 r은 발광체의 천정 거리와 공기의 굴절률에 따라 달라집니다. 굴절률 m은 대기 밀도 d에 비례하며 이는 온도와 압력에 따라 달라집니다. Boyle-Mariotte 및 Gay-Lussac 법칙을 사용하여 대기의 모든 상태에 대해 쓸 수 있습니다.
r = 21.67′′B tg z'/(273 + toC), (1.14)
여기서 B는 압력(mmHg)입니다. 미술.,
t - 섭씨 온도,
z" – 측정된 천정 거리.
t o = 0 o C 및 B = 760 mm Hg인 일반 대기의 경우. 미술. 굴절 값은 r o = 60.3"입니다. tg z"; to o = 10 o C 및 B = 760 mm Hg에서 해당 값 r o = 58.1" tg지".
r®에 대한 표현은 평균 굴절이라고 하며 1" 이상의 오차를 갖는 대략적인 천문학적 결정에 사용됩니다.
천정거리가 증가할수록 굴절값은 증가합니다. 지평선에서 정상 대기의 굴절 값은 약 35센트에 이릅니다.
굴절 보정을 결정하기 위해 특수 테이블이 작성됩니다. Astronomical Yearbook에는 여러 유형의 테이블이 포함되어 있습니다.
r이 일정한 온도 t = 10oC 및 압력 B = 760mmHg에 대해 계산되는 평균 굴절 표. Art., 측정된 천정 거리의 함수, 즉 r o = 에프(z", t10, B 760);
온도와 압력에 대한 평균 굴절 보정 표.
이 테이블을 사용하면 1"의 정확도로 굴절 값을 얻을 수 있습니다.
0.1"의 정확도를 갖는 굴절 값은 로그 표에 나와 있습니다.
시차
시차는 공간의 여러 지점에서 물체를 관찰할 때 물체의 방향이 바뀌는 현상입니다. 지구는 매일과 연간의 두 가지 운동에 참여하므로 지구 표면의 같은 지점에서도 수행되는 천체 관찰은 매번 공간의 다른 지점에서 이루어집니다.
일주 시차는 하루 중 여러 시간에 발광체를 관찰하기 때문에 발생합니다. 일일 시차에 대한 보정은 지구 표면에서 지구 중심까지의 관측값을 줄이는 것입니다(지형 중심 좌표에서 지구 중심 좌표로 전환).
연간 시차는 일년 중 다른 시간에 관찰된 결과입니다. 연간 시차 수정 - 관측을 태양 중심(태양계의 무게 중심)으로 가져오거나 지구 중심 좌표에서 태양 중심(무게 중심)으로 전환합니다.
천문굴절이란 천체에서 나오는 빛이 대기를 통과할 때 굴절되는 현상이다. 행성 대기의 밀도는 높이에 따라 항상 감소하기 때문에 빛의 굴절은 모든 경우에 곡선 빔의 볼록함이 천정을 향하는 방식으로 발생합니다. 이와 관련하여 굴절은 항상 천체의 이미지를 실제 위치보다 "상승"시킵니다(그림 참조).
굴절의 크기, 즉 하늘에 있는 발광체의 실제 위치와 겉보기 위치 사이의 각도는 대기에서 광선의 경로 길이와 동일한 밀도의 대기층에 대한 광선의 경사각과 관련이 있습니다. 굴절은 천정에서 0이고 천정에서 멀어지고 지평선에 가까워질수록 증가합니다. 지구 표면 관측의 경우 굴절 z 값은 대략적인 공식으로 표현됩니다. 여기서 z는 별의 겉보기 천정 거리입니다(천구 좌표 참조). 이 공식은 에만 유효합니다. 수평선에 가까울수록 굴절은 표에 주어진 값이 특징입니다.
주어진 관측 지점에 대한 주어진 시간의 굴절 값은 온도, 압력, 습도 및 기타 기상 요인에 따라 달라집니다. 고정밀 천문 측정(천문학 참조)을 수행할 때 측정 결과에 적절한 수정을 적용하여 굴절을 고려합니다.
굴절은 지구에 여러 가지 광학 대기 효과를 유발합니다. 굴절로 인해 태양 디스크가 태양이 떠오른 순간보다 몇 분 일찍 수평선 위로 올라간다는 사실로 인해 하루의 길이가 늘어납니다. 기하학적 고려 사항을 기반으로; 디스크의 아래쪽 가장자리가 위쪽보다 굴절에 의해 더 높게 상승한다는 사실로 인해 수평선 근처에 보이는 달과 태양의 눈에 보이는 디스크의 편평도; 별의 반짝임 등. 파장이 다른 광선의 굴절 크기 차이로 인해 (파란색과 보라색 광선이 빨간색 광선보다 더 많이 벗어남) 수평선 근처에서 천체의 겉보기 색상이 발생합니다.
표에 제시된 수정 사항은 지구에서 매우 먼 거리에 있는 별, 행성 및 기타 천체를 관찰할 때 사용됩니다.
예를 들어 달에 더 가까운 가까운 천체의 경우 굴절 효과는 표에 제공된 값과 다소 다릅니다. 이는 대기 중 광선의 곡률로 인해 관찰자가 서있는 지점과 광선이 지구 대기에 들어가는 지점에서 근처의 발광체로 향하는 방향이 비정상적이라는 사실에 기인합니다. 평행하고 작은 각도를 형성합니다. 이 각도를 굴절 시차라고 합니다. 달(최대 ) 및 인공지구 위성(최대 수십 분)의 관측 결과에 굴절 시차가 보정됩니다.
13. (131) 천정 남쪽, 자오선에 있는 태양의 아래쪽 가장자리 높이. 다음을 사용하여 측정됩니다.
해상 선박의 육분의는 84o 21"였고, 태양 중심의 적위는 +18o 39"였습니다. 태양의 각직경이 32"라고 가정하고 위도를 구하십시오.
14. (135) 지지 않는 별은 아래쪽 정점의 높이가 20o이고 위쪽 정점의 높이가 50o입니다. 이 별의 적위와 관측 위치의 위도를 구하십시오.지침: 그림을 그리고 천정의 남쪽과 북쪽에 있는 상부 정점의 경우를 고려하십시오.
5. 천문굴절
굴절률이 다른 두 매체 사이의 경계면을 통과할 때 광선이 굴절되는 현상을 굴절이라고 합니다. 물 한 컵 속에 깨진 티스푼이 담긴 그림은 누구나 잘 알고 있습니다. 같은 방식으로, 공기의 굴절률이 1과 다르기 때문에 공기가 없는 우주 공간에서 지구 대기로 떨어질 때 광선이 굴절됩니다. 이 굴절만 급격하게 발생하지 않고 지구 대기에는 날카로운 것이 없기 때문에 점진적으로 발생합니다. 경계이며 높이에 따라 밀도가 부드럽게 감소합니다. 따라서, 천문 굴절굴절 법칙에 따라 대기 중 광선이 원래 방향에서 벗어난 것입니다(그림 11 참조). 편차는 항상 천정을 향해 발생합니다. 굴절은 항상 지평선 위로 별을 올립니다. 따라서 관측된 천정 거리 z n 은 항상 실제 z 0보다 작으며 관측된 높이 h n 은 항상 실제 h 0보다 큽니다.
굴절각의 값. 간결함을 위해 굴절이라고 부르겠습니다.
쌀. 11. 발광체의 겉보기 위치에 굴절이 미치는 영향
천정에서 굴절은 0()이고, tan z가 증가함에 따라 선형적으로 증가합니다(
) 최대 z =70o. 큰 천정 거리에서는 영향을 미치기 시작합니다.
지구 대기의 구형도와 굴절률은 더 천천히 증가합니다. 수평선에
굴절값은 일정하지 않으며 온도와 온도에 따라 달라집니다.
공기 밀도 및 기타 요인. 따라서 다음과 같이 이야기하는 것이 의미가 있습니다. 평균 굴절, 부록의 표를 사용할지 결정합니다.
15. 굴절을 고려하여 발광체의 가시성에 대한 조건을 추론합니다.
해결 방법: 낮은 정점의 순간에 지지 않는 발광체는 관찰할 수 있어야 합니다.
상부 정점의 순간에 떠오르지 않는 조명은 관찰 가능한 높이를 가져야 합니다.
따라서 적위가 다음 범위 내에 있는 나머지 별들은
그리고 
, 상승 및 설정.
16. (172) 상부 정점의 순간 위도 55o 45"20"에서 별의 천정 거리는 50o 00"00"로 측정되었습니다. 굴절표를 사용하여 별의 적위를 결정합니다.
해결책: 부록의 굴절표를 사용하여 천정 거리 50o 00 "00"에서의 굴절이 1 "08.5"와 같다는 것을 알아봅시다. 방정식 (9)에서 우리는 이론적
50o 01"09" =5o 44"11". 또 다른 해결책을 확인해 보겠습니다. 갑자기 별의 상단 정점이 천정 북쪽에서 발생합니다. 그러나 공식 (7)을 사용하면 다음과 같이 알 수 있습니다.
이 경우 별의 적위는 90o를 초과하게 되며 이는 일어날 수 없습니다.
17. 카잔에는 어떤 유명인이 있습니까 ()은 가라앉지 않고, 오르지 않고, 올라가고 지는 것입니까?
18. (174) 러시아 쇄빙선에서 측정한 태양 아래쪽 가장자리의 자정 높이
14시 11분 05초였습니다. 이날 태양의 적위는 +21o 19"34"이고, 태양의 각반경은 15"47"입니다. 굴절을 고려하여 선박이 위치한 위도를 결정합니다.
19. (175) 윗부분에서 작은곰자리 별의 관측된 천정 거리
최고점에서는 24o 02"08"이었고, 최저점에서는 53o 51"51"였습니다. 굴절을 고려하여 관측 장소의 위도와 별의 적위를 구합니다.
6. 태양 주위의 지구의 움직임
아시다시피 지구는 태양 주위를 공전합니다. 지구 표면에있는 우리 사람들에게 태양 주위의 지구의 연간 움직임은 별을 배경으로 한 태양의 연간 움직임의 형태로 눈에.니다. 우리가 이미 알고 있듯이, 별들 사이에서 태양의 경로는 천구의 대권이며 황도라고 불립니다. 이것은 황도가 지구 궤도의 천체 반사라는 것을 의미합니다. 따라서 지구의 궤도 평면을 황도면이라고도 합니다. 지구의 자전축은 황도면과 수직이 아니고,
그리고 수직선에서 각도만큼 벗어납니다. 
. 덕분에 지구상의 계절이 변합니다(그림 12 참조). 따라서 지구의 적도면은 황도면과 같은 각도로 기울어집니다. 지구의 적도면과 황도면의 교차선은 (세차 운동을 고려하지 않은 경우) 변경되지 않습니다.
공간에서의 위치. 한쪽 끝은 춘분점을 가리키고 다른 쪽 끝은 추분점을 가리킵니다. 이 점들은 별들에 대해 움직이지 않으며(세차 운동까지!) 그들과 함께 일일 회전에 참여합니다.
쌀. 12. 태양 주위의 지구 혁명
3월 21일과 9월 23일 근처에서 지구는 지구 표면의 빛과 그림자의 경계가 극을 통과하는 방식으로 태양을 기준으로 위치합니다. 그리고 지구 표면의 각 지점은 지구 축을 중심으로 매일 움직이기 때문에 정확히 하루의 절반은 지구의 조명 부분에 있고 나머지 절반은 음영 부분에 있습니다. 따라서 이 날짜에는 낮과 밤이 동일하며 그에 따라 이름이 지정됩니다.
춘분과 추분의 날 . 이때 지구는 적도면과 황도면이 만나는 선상에 있다. 각각 춘분과 추분의 시점에.
지구 궤도에 있는 두 개의 특별한 지점을 더 강조해 보겠습니다. 지점, 그리고 지구가 이 지점을 통과하는 날짜가 발생합니다. 동지의 날.
그 시점에 하지 점, 6월 22일에 지구가 가까워지는 곳( 하지의 날), 지구의 북극은 태양을 향하고 있으며 하루 종일 북반구의 모든 지점이 태양에 의해 조명됩니다. 이 날짜에는 낮이 일년 중 가장 길다.
그 시점에 동지, 12월 22일에 지구가 가까워지는 곳( 동지), 지구의 북극은 태양으로부터 멀어지는 방향을 향하고 있으며, 하루 종일 북반구의 모든 지점이 그림자 속에 있습니다. 이 날은 일 년 중 밤이 가장 길고 낮이 가장 짧은 날입니다.
역년의 길이가 태양 주위의 지구 공전 기간과 일치하지 않기 때문에 춘분과 동지의 날은 서로 다른 연도에 포함될 수 있습니다.
다른 날(위 날짜로부터 하루) 하지만 나중에 결정하게 되면
천문 굴절
지구 대기를 통과하는 광선은 직선 방향을 바꿉니다. 대기 밀도의 증가로 인해 광선의 굴절은 지구 표면에 접근함에 따라 증가합니다. 결과적으로 관찰자는 천체 굴절이라는 각도에 의해 수평선 위로 솟아오른 것처럼 천체를 보게 됩니다.
굴절은 체계적 관찰 오류와 무작위 관찰 오류의 주요 원인 중 하나입니다. 1906년 Newcomb은 굴절만큼 많은 것에 관해 쓰여진 실제 천문학 분야 중 그토록 불만족스러운 상태에 있을 것이라고 썼습니다. 20세기 중반까지 천문학자들은 19세기에 편집된 굴절표를 사용하여 관측 범위를 줄였습니다. 모든 오래된 이론의 가장 큰 단점은 지구 대기의 구조에 대한 부정확한 이해였습니다.
지구 AB의 표면을 반경 OA=R의 구로 취하고 지구 대기와 동심원을 이루는 층 형태를 상상해 봅시다. 아, 1에 1, 2에 2...층이 지구 표면에 접근함에 따라 밀도가 증가합니다(그림 2.7). 그런 다음 대기에서 굴절된 매우 먼 물체의 광선 SA는 초기 위치 SA 또는 S²A 방향에서 특정 각도 S¢AS²=만큼 평행한 방향 S¢A에서 벗어나 S¢A 방향으로 점 A에 도달합니다. 아르 자형, 천문 굴절이라고합니다. 곡선 광선 SA의 모든 요소와 최종 겉보기 방향 AS¢는 동일한 수직 평면 ZAOS에 놓입니다. 결과적으로, 천문학적 굴절은 그것을 통과하는 수직면의 발광체에 대한 실제 방향만을 증가시킵니다.
천문학에서는 별이 지평선 위로 올라가는 각도를 별의 높이라고 합니다. 각도 S¢AH = h ¢는 별의 겉보기 높이이고 각도 S²AH = h = h¢ - r실제 높이입니다. 모서리 지는 발광체의 실제 천정 거리이고, 지¢는 눈에 보이는 값입니다.
굴절의 양은 여러 요인에 따라 달라지며 지구상의 모든 장소에서 심지어 하루 안에도 바뀔 수 있습니다. 평균 조건의 경우 대략적인 굴절 공식이 얻어졌습니다.
Dh=-0.9666ctg h¢. (2.1)
계수 0.9666은 온도 +10°C, 압력 760mmHg에서의 대기 밀도에 해당합니다. 대기의 특성이 다른 경우 공식(2.1)에 따라 계산된 굴절 보정은 온도 및 압력 보정을 통해 보정되어야 합니다.
그림 2.7. 천문 굴절
천문 결정의 천정 방법에서 천문 굴절을 고려하기 위해 발광체의 천정 거리를 관찰하는 동안 온도와 기압을 측정합니다. 천문학적 측정의 정밀한 방법에서 발광체의 천정 거리는 10°에서 60° 범위에서 측정됩니다. 상한은 기기 오류로 인해 발생하고 하한은 굴절 테이블의 오류로 인해 발생합니다.
굴절 보정으로 보정된 발광체의 천정 거리는 다음 공식으로 계산됩니다.
평균(온도 +10°C, 압력 760mmHg에서 정상) 굴절은 다음과 같이 계산됩니다. 지¢;
온도 값으로부터 계산된 공기 온도를 고려한 계수입니다.
비– 기압을 고려한 계수.
많은 과학자들이 굴절 이론을 연구했습니다. 처음에 초기 가정은 대기의 다양한 층의 밀도가 산술 수열에서 이러한 층의 높이가 증가함에 따라 감소한다는 것이었습니다(Bouguer). 그러나 이 가정은 굴절 값이 너무 작고 지구 표면 위의 높이에 따라 온도가 너무 급격히 감소하기 때문에 모든 측면에서 만족스럽지 못한 것으로 곧 인식되었습니다.
뉴턴은 기하학적 진행의 법칙에 따라 대기의 밀도가 높이에 따라 감소한다는 가설을 세웠습니다. 그리고 이 가설은 만족스럽지 못한 것으로 드러났다. 이 가설에 따르면 대기의 모든 층의 온도는 일정하게 유지되고 지구 표면의 온도와 동일해야 한다는 것이 밝혀졌습니다.
가장 독창적인 것은 위의 두 가설의 중간인 라플라스의 가설이었습니다. 매년 프랑스 천문력으로 출판되는 굴절표는 이 라플라스 가설에 기초를 두고 있습니다.
불안정한 지구 대기(난류, 굴절 변화)로 인해 지구에서 관측하는 천문 관측의 정확성이 제한됩니다.
대형 천문기기 설치 장소를 선정할 때 해당 지역의 천문기후를 먼저 종합적으로 조사하는데, 이는 대기를 통과하는 천체에서 나오는 방사선의 파면 형태를 왜곡시키는 일련의 요인으로 이해된다. 파면이 왜곡되지 않고 장치에 도달하면 이 경우 장치는 최대 효율로 작동할 수 있습니다(이론적 해상도에 접근하는 해상도).
밝혀진 바와 같이, 망원경 이미지의 품질은 주로 대기의 지표층에 의해 발생하는 간섭으로 인해 저하됩니다. 밤에는 자체 열복사로 인해 지구가 크게 냉각되고 인접한 공기층도 냉각됩니다. 기온이 1°C 변하면 굴절률은 10 -6 변합니다. 고립된 산봉우리에서는 온도차(구배)가 큰 공기 지층의 두께가 수십 미터에 달할 수 있습니다. 밤에 계곡이나 평탄한 지역에서는 이 층이 훨씬 더 두꺼워지고 수백 미터에 이를 수도 있습니다. 이는 밀도가 높고 차가운 공기가 계곡으로 유입될 수 있는 능선의 돌출부와 고립된 봉우리에 천문 관측소 위치를 선택하는 방법을 설명합니다. 망원경 탑의 높이는 장비가 온도 불균일의 주요 영역 위에 위치하도록 선택됩니다.
천체기후에서 중요한 요소는 대기 표층의 바람이다. 차가운 공기와 따뜻한 공기의 층을 혼합함으로써 장치 위의 공기 기둥에 밀도 불균일 현상이 발생합니다. 크기가 망원경의 직경보다 작은 불균일성은 이미지의 초점을 흐릿하게 만듭니다. 더 큰 밀도 변동(수 미터 이상)은 파면의 날카로운 왜곡을 일으키지 않으며 주로 이미지의 초점이 흐려지기보다는 변위를 초래합니다.
대기의 상층부(대류권계면)에서는 공기의 밀도와 굴절률의 변동도 관찰됩니다. 그러나 대류권계면의 교란은 광학 기기로 생성되는 이미지의 품질에 눈에 띄게 영향을 미치지 않습니다. 왜냐하면 대류권의 온도 구배가 표면층보다 훨씬 작기 때문입니다. 이 층은 떨림을 유발하지 않지만 별이 반짝입니다.
천문기후 연구에서는 기상청이 기록한 맑은 날 수와 천문 관측에 적합한 밤 수 사이에 연관성이 설정됩니다. 구소련 영토에 대한 천문기후 분석에 따르면 가장 유리한 지역은 중앙아시아 국가의 일부 산악 지역이다.
지구의 굴절
지상 물체에서 나오는 광선도 대기 중에서 충분히 긴 경로를 이동하면 굴절이 발생합니다. 광선의 궤적은 굴절의 영향으로 구부러지며, 우리는 광선이 실제로 있는 곳이나 잘못된 방향에서 볼 수 있습니다. 특정 조건에서 지상 굴절의 결과로 신기루가 나타납니다. 이는 먼 물체의 잘못된 이미지입니다.
지구 굴절 각도 a는 관찰된 물체의 겉보기 위치와 실제 위치 방향 사이의 각도입니다(그림 2.8). 각도 a의 값은 관측된 물체까지의 거리와 지상 물체로부터 광선이 전파되는 대기 표면층의 수직 온도 구배에 따라 달라집니다.
그림 2.8. 관찰 중 지상 굴절의 징후:
a) – 아래에서 위로, b) – 위에서 아래로, a – 지구 굴절 각도
측지(기하학적) 가시 범위는 지상 굴절과 연관되어 있습니다(그림 2.9). 관찰자가 지구 표면 위의 특정 높이 hH에 있는 점 A에 있고 점 B 방향의 수평선을 관찰한다고 가정합니다. NAN 평면은 구의 반경에 수직인 점 A를 통과하는 수평 평면으로, 수학적 지평선의 평면. 빛의 광선이 대기에서 직선으로 전파된다면 A 지점에서 관찰자가 볼 수 있는 지구상에서 가장 먼 지점은 B 지점이 될 것입니다. 이 지점까지의 거리(지구에 대한 접선 AB)는 측지(또는 기하학적) 가시성 범위입니다. 디 0 . 지구 표면 폭발물의 원형 선은 관찰자의 측지학적(또는 기하학적) 지평선입니다. D 0의 값은 기하학적 매개 변수, 즉 지구의 반경 R과 관찰자의 높이 h H에 의해서만 결정되며 다음과 같습니다. D o ≒ √ 2Rh H = 3.57√ h H, 이는 그림 2.9에 따른다.
그림 2.9. 지상 굴절: 수학적(NN) 및 측지(BB) 지평선, 측지 가시성 범위(AB=D 0)
관찰자가 지구 표면 위 높이 h에 위치한 물체를 관찰하면 측지 범위는 다음과 같습니다. AC = 3.57(√ h H + √ h pr). 빛이 대기를 통해 직선으로 이동한다면 이러한 진술은 사실이 될 것입니다. 그러나 그것은 사실이 아닙니다. 지표층의 온도와 공기 밀도의 정규 분포를 통해 광선의 궤적을 나타내는 곡선은 오목한 면이 있는 지구를 향합니다. 따라서 A에서 관찰자가 볼 수 있는 가장 먼 지점은 B가 아니라 B¢가 됩니다. 굴절을 고려한 측지 가시성 범위 AB¢는 평균 6-7% 더 크고 공식의 계수 3.57 대신 계수 3.82가 됩니다. 측지 범위는 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.
, h - m 단위, D - km 단위, R - 6378 km
어디 시간 n 그리고 시간 pr – 미터 단위, 디 -킬로미터 단위.
평균 키를 가진 사람의 경우 지구상의 지평선 거리는 약 5km입니다. Soyuz-8 우주선을 타고 비행한 우주 비행사 V.A. Shatalov 및 A.S. Eliseev의 경우 근지점(고도 205km)의 지평선 범위는 1730km, 원지점(고도 223km)의 수평선 범위는 1800km입니다.
전파의 굴절은 파장과 거의 무관하지만 온도와 압력 외에도 공기 중 수증기 함량에 따라 달라집니다. 동일한 온도 및 압력 변화 조건에서 전파는 특히 습도가 높은 경우 빛보다 더 강하게 굴절됩니다.
따라서 수평선 범위를 결정하거나 뿌리 앞의 레이더 빔으로 물체를 감지하는 공식에는 4.08의 계수가 있습니다. 결과적으로 레이더 시스템의 지평선은 약 11% 더 멀리 떨어져 있습니다.
전파는 지구 표면과 반전의 하부 경계 또는 습도가 낮은 층에서 잘 반사됩니다. 지구 표면과 역전 기저부에 의해 형성된 독특한 도파관에서 전파는 매우 먼 거리까지 전파될 수 있습니다. 전파 전파의 이러한 특징은 레이더에 성공적으로 사용됩니다.
지층, 특히 하부의 공기 온도가 항상 높이에 따라 떨어지는 것은 아닙니다. 이는 다양한 비율로 감소할 수 있으며, 키에 따라 변하지 않을 수도 있고(등온선) 키에 따라 증가할 수도 있습니다(역전). 온도 구배의 크기와 부호에 따라 굴절은 가시 지평선 범위에 다른 영향을 미칠 수 있습니다.
공기 밀도가 높이에 따라 변하지 않는 균일한 대기에서의 수직 온도 구배, g 0 = 3.42°C/100m. 광선 궤적이 어떻게 될지 생각해 봅시다 AB지구 표면의 다양한 온도 구배에서.
하자, 즉 기온은 고도에 따라 감소합니다. 이 조건에서 굴절률은 높이에 따라 감소합니다. 이 경우 광선의 궤적은 오목한 면이 있는 지구 표면을 향하게 됩니다(그림 2.9에서 궤적 AB¢). 이 굴절을 양수라고합니다. 가장 먼 지점 안에¢ 관찰자는 광선 경로에 대한 마지막 접선 방향을 보게 됩니다. 이 접선, 즉 굴절로 인해 보이는 지평선은 수학적 지평선과 같습니다. 나스각도 D, 각도보다 작음 디. 모서리 디굴절이 없는 수학적 지평선과 기하학적 지평선 사이의 각도입니다. 따라서 눈에 보이는 수평선은 각도만큼 상승했습니다 ( 디- D) 그리고 확장되었기 때문에 디 > D0.
이제 상상해보자 g점차적으로 감소합니다. 즉 온도는 고도에 따라 점점 더 천천히 감소합니다. 온도 구배가 0(등온선)이 된 다음 온도 구배가 음수가 되는 순간이 올 것입니다. 온도는 더 이상 감소하지 않지만 고도에 따라 증가합니다. 온도 반전이 관찰됩니다. 온도 구배가 감소하고 0을 통과함에 따라 가시 지평선은 점점 더 높아질 것이며 D가 0과 같아지는 순간이 올 것입니다. 눈에 보이는 측지 지평선은 수학적 지평선으로 올라갑니다. 지구 표면이 곧게 펴지고 편평해지는 것처럼 보였습니다. 측지 가시성 범위는 무한히 넓습니다. 빔의 곡률 반경은 지구의 반경과 같아졌습니다.
온도 반전이 더욱 강해지면 D는 음수가 됩니다. 눈에 보이는 지평선이 수학적 지평선보다 높아졌습니다. A 지점의 관찰자에게는 그가 거대한 대야의 바닥에 있는 것처럼 보일 것입니다. 지평선으로 인해 측지 지평선 너머에 있는 물체가 떠오르고 눈에 띄게 됩니다(마치 공중에 떠 있는 것처럼)(그림 2.10).
이러한 현상은 극지 국가에서도 볼 수 있습니다. 따라서 미국의 캐나다 해안에서 스미스 해협을 거쳐 모든 건물이 세워진 그린란드 해안을 볼 수 있는 경우가 있습니다. 그린란드 해안까지의 거리는 약 70km이고 측지 가시 범위는 20km를 넘지 않습니다. 다른 예시. 파드칼레 해협의 영국 쪽 헤이스팅스에서는 약 75㎞ 거리에 해협을 건너 프랑스 해안이 보였다.
그림 2.10. 극지방의 비정상적인 굴절 현상
이제 가정해보자 g=g 0이므로 공기 밀도는 높이에 따라 변하지 않으며(균질한 대기), 굴절이 없으며 D=D 0 .
~에 g > g 0 고도에 따라 굴절률과 공기 밀도가 증가합니다. 이 경우 광선의 궤적은 볼록한 면이 지구 표면을 향합니다. 이 굴절을 음수라고합니다. A의 관찰자가 보게 될 지구상의 마지막 지점은 B²가 될 것입니다. 눈에 보이는 지평선 AB²가 좁아지고 각도(D - 디).
논의된 내용을 바탕으로 다음 규칙을 공식화할 수 있습니다. 대기에서 광선이 전파되는 동안 공기 밀도(따라서 굴절률)가 변경되면 광선은 구부러져 궤적이 항상 공기의 밀도(및 굴절률)가 감소하는 방향으로 볼록합니다.
굴절과 신기루
신기루라는 단어는 프랑스어에서 유래되었으며 "반사"와 "기만적인 비전"이라는 두 가지 의미를 가지고 있습니다. 이 단어의 두 가지 의미는 모두 현상의 본질을 잘 반영합니다. 신기루는 실제로 지구상에 존재하는 물체의 이미지로, 종종 확대되고 크게 왜곡됩니다. 신기루에는 물체와 관련하여 이미지의 위치에 따라 상부, 하부, 측면 및 복합 등 여러 유형이 있습니다. 가장 일반적으로 관찰되는 것은 상하 신기루이며, 이는 높이의 밀도(따라서 굴절률)가 비정상적으로 분포할 때, 특정 높이나 지구 표면 근처에 상대적으로 얇은 층이 있을 때 발생합니다. 매우 따뜻한 공기(굴절률이 낮음)로 지상 물체에서 나오는 광선이 내부 전반사를 경험합니다. 이는 광선이 내부 전반사 각도보다 큰 각도로 이 레이어에 떨어질 때 발생합니다. 이 따뜻한 공기층은 공기 거울 역할을 하여 그 공기층으로 떨어지는 광선을 반사합니다.
우수한 신기루(그림 2.11)는 공기 밀도와 굴절률이 높이에 따라 급격히 감소하는 강한 온도 역전이 있을 때 발생합니다. 우수한 신기루에서는 이미지가 물체 위에 위치합니다.
그림 2.11. 슈페리어 미라지
광선의 궤적은 그림 (2.11)에 나와 있습니다. 지구 표면이 평평하고 밀도가 같은 층이 평행하게 위치한다고 가정해 보겠습니다. 높이에 따라 밀도가 감소하므로 . 거울 역할을 하는 따뜻한 층은 높은 곳에 있습니다. 이 층에서는 광선의 입사각이 굴절률()과 같아지면 광선이 다시 지구 표면으로 회전합니다. 관찰자는 물체 자체(수평선 너머에 있지 않은 경우)와 그 위에 있는 하나 이상의 이미지(수평 및 반전)를 동시에 볼 수 있습니다.
그림 2.12. 컴플렉스 슈페리어 미라지
그림에서. 그림 2.12는 복잡한 상부 신기루의 발생 다이어그램을 보여줍니다. 개체 자체가 표시됩니다. ab, 그 위에는 그에 대한 직접적인 이미지가 있습니다 a¢b¢, 거꾸로 in²b²그리고 다시 직접 a²¢b²¢. 이러한 신기루는 공기 밀도가 고도에 따라 처음에는 천천히, 그 다음에는 빠르게, 그리고 다시 천천히 감소하면 발생할 수 있습니다. 물체의 극점에서 나오는 광선이 교차하면 이미지가 거꾸로 나타납니다. 물체가 멀리(수평선 너머) 있으면 물체 자체는 보이지 않을 수 있지만 공중에 높이 떠 있는 물체의 이미지는 먼 거리에서 보입니다.
로모노소프 시는 상트페테르부르크에서 40km 떨어진 핀란드 만 기슭에 위치해 있습니다. 일반적으로 Lomonosov에서 상트 페테르부르크는 전혀 보이지 않거나 매우 잘 보이지 않습니다. 때로는 상트페테르부르크가 “한 눈에” 보일 때도 있습니다. 이것은 우수한 신기루의 한 예입니다.
분명히 상부 신기루의 수에는 북극에서 수십 년 동안 검색되었지만 발견되지 않은 소위 유령의 땅의 적어도 일부가 포함되어야 합니다. 그들은 특히 오랫동안 Sannikov Land를 검색했습니다.
Yakov Sannikov는 사냥꾼이었고 모피 무역에 참여했습니다. 1811년 그는 개를 타고 얼음을 건너 뉴시베리아 제도로 출발했고 코텔니 섬의 북쪽 끝에서 바다에 있는 알려지지 않은 섬을 보았습니다. 그는 그곳에 도달하지 못했지만 새로운 섬의 발견을 정부에 보고했습니다. 1886년 8월 E.V. Tol은 뉴시베리아 제도를 탐험하는 동안 산니코프 섬도 보고 일기에 이렇게 썼습니다. 북동쪽(14~18도) 방향에는 4개의 메사의 윤곽이 선명하게 보였으며 이는 동쪽의 저지대와 연결되었습니다. 따라서 Sannikov의 메시지는 완전히 확인되었습니다. 그러므로 우리는 지도의 적절한 위치에 점선을 긋고 그 위에 "Sannikov Land"라고 쓸 권리가 있습니다.
Tol은 Sannikov Land를 찾는 데 16년의 인생을 바쳤습니다. 그는 뉴시베리아 제도 지역에 대한 세 번의 탐험을 조직하고 수행했습니다. 스쿠너 "Zarya"(1900-1902)의 마지막 탐험 중에 Tolya의 탐험은 Sannikov Land를 찾지 못한 채 사망했습니다. 아무도 Sannikov Land를 다시 보지 못했습니다. 아마도 그것은 일년 중 특정 시간에 같은 장소에 나타나는 신기루였을 것입니다. Sannikov와 Tol은 모두 바다에서 훨씬 더 멀리 있는 이 방향에 위치한 같은 섬의 신기루를 보았습니다. 아마도 De Long Islands 중 하나였을 것입니다. 아마도 그것은 거대한 빙산, 즉 얼음 섬 전체였을 것입니다. 최대 100km2의 면적을 가진 이러한 얼음 산은 수십 년 동안 바다를 건너 여행합니다.
신기루가 항상 사람들을 속이는 것은 아니었습니다. 1902년 영국의 극지 탐험가 로버트 스콧. 남극에서 나는 공중에 떠 있는 듯한 산들을 보았다. Scott은 지평선 너머에 더 멀리 산맥이 있다고 제안했습니다. 그리고 실제로 이 산맥은 나중에 노르웨이 극지 탐험가 라울 아문센(Raoul Amundsen)에 의해 Scott이 예상했던 바로 그 위치에서 발견되었습니다.
그림 2.13. 열등한 신기루
하부 신기루(그림 2.13)는 키에 따라 온도가 매우 급격히 감소하면서 발생합니다. 매우 큰 온도 구배에서. 공기 거울의 역할은 얇은 표면의 가장 따뜻한 공기층에 의해 수행됩니다. 신기루는 대상의 이미지가 대상 아래에 위치하기 때문에 하급 신기루라고 불립니다. 낮은 신기루에서는 물체 아래에 물 표면이 있고 모든 물체가 그 안에 반사되는 것처럼 보입니다.
잔잔한 물에서는 해안에 서있는 모든 물체가 선명하게 반사됩니다. 지구 표면에서 가열된 얇은 공기층의 반사는 물에서의 반사와 완전히 유사하며 공기 자체는 거울의 역할만 수행합니다. 열등 신기루가 발생하는 공기 상태는 매우 불안정합니다. 결국 땅 근처 아래에는 매우 뜨겁기 때문에 더 가벼운 공기가 있고 그 위에는 더 차갑고 무거운 공기가 있습니다. 땅에서 상승하는 뜨거운 공기의 제트기는 차가운 공기층을 관통합니다. 이로 인해 우리 눈앞에서 신기루가 변하고, '물'의 표면이 흔들리는 것처럼 보인다. 작은 돌풍이나 충격만으로도 충분하며 붕괴가 발생합니다. 공기층을 뒤집는 것. 무거운 공기가 쏟아져 내려 에어 미러가 파괴되고 신기루가 사라집니다. 열등한 신기루가 발생하기 위한 유리한 조건은 대초원과 사막에서 발생하는 균일하고 평평한 지구 표면과 화창하고 바람이 없는 날씨입니다.
신기루가 실제로 존재하는 물체의 이미지라면 다음과 같은 질문이 생깁니다. 사막의 여행자는 어떤 종류의 수면을 봅니까? 결국 사막에는 물이 없습니다. 사실 신기루에서 보이는 겉보기 수면이나 호수는 사실 수면이 아니라 하늘의 이미지입니다. 하늘의 일부가 공기 거울에 반사되어 반짝이는 수면의 완벽한 환상을 만들어냅니다. 그러한 신기루는 사막이나 대초원에서만 볼 수 있는 것이 아닙니다. 그들은 심지어 화창한 날 아스팔트 도로나 평평한 모래사장 위의 상트페테르부르크와 그 주변 지역에도 나타납니다.
그림 2.14. 사이드 미라지
측면 신기루는 동일한 밀도의 공기층이 대기에 평소와 같이 수평이 아닌 비스듬하고 수직으로 위치하는 경우에 발생합니다(그림 2.14). 이러한 조건은 여름, 일출 직후 아침, 해안이 이미 태양에 의해 조명되고 수면과 그 위의 공기가 여전히 차갑을 때 바다 또는 호수의 바위 해안에서 생성됩니다. 제네바 호수에서는 측면 신기루가 반복적으로 관찰되었습니다. 태양에 의해 가열된 집의 돌담 근처, 심지어 가열된 난로 옆에도 측면 신기루가 나타날 수 있습니다.
복잡한 유형의 신기루 또는 파타 모르가나(Fata Morgana)는 예를 들어 상대적으로 따뜻한 바다 위의 특정 고도에서 상당한 온도 반전이 일어나는 동안 위쪽과 아래쪽 신기루가 동시에 나타나는 조건이 있을 때 발생합니다. 공기 밀도는 먼저 높이에 따라 증가하고(기온 감소), 그 다음에는 빠르게 감소합니다(기온 상승). 이러한 공기 밀도 분포로 인해 대기 상태는 매우 불안정하고 급격한 변화를 겪게 됩니다. 그러므로 신기루의 모습은 우리 눈앞에서 변화한다. 가장 평범한 바위와 집들이 반복된 왜곡과 확대로 인해 우리 눈앞에서 요정 모르가나의 멋진 성으로 변합니다. Fata Morgana는 이탈리아와 시칠리아 해안에서 관찰됩니다. 그러나 고위도에서도 발생할 수 있습니다. 유명한 시베리아 탐험가 F.P. Wrangel은 니즈네콜림스크에서 본 파타 모르가나를 다음과 같이 묘사했습니다. “수평 굴절 작용으로 일종의 파타 모르가나가 생성되었습니다. 남쪽에 있는 산들은 우리에게 여러 가지 일그러진 형태로 공중에 떠 있는 것처럼 보였습니다. 먼 산들은 봉우리가 뒤집혀 있는 것 같았다. 강은 반대편 강둑이 거의 우리 오두막에 닿을 정도로 좁아졌습니다.”
