Атмосферная рефракция: Как она меняет то, что мы видим
Атмосферная рефракция — это преломление световых лучей в атмосфере Земли, которое может менять вид небесных объектов у горизонта. Например, из-за нее Луна кажется сплющенной, а Солнце остается видимым, даже когда геометрически находится ниже горизонта.
Откройте календарь в Sky Tonight, узнайте, когда и где взойдут или зайдут Солнце и Луна в вашем месте наблюдения, и попробуйте увидеть эффекты рефракции самостоятельно. Давайте разберемся, что вызывает атмосферную рефракцию, и рассмотрим пять удивительных способов, которыми она меняет то, что мы видим на небе.
: от сплющенного Солнца на закате до неуловимого зеленого луча.
Содержание
- 1. Искажение диска Солнца
- 2. Более ранний восход и более поздний закат
- 3. Искажение диска Луны
- 4. Смещение звезд
- 5. Зеленый луч
- Как работает атмосферная рефракция?
Атмосферная рефракция: частые вопросы
- Вызывает ли атмосферная рефракция мерцание звезд?
- Делает ли атмосферная рефракция Солнце больше?
- Может ли атмосферная рефракция сделать видимым объект под горизонтом?
- Сильнее ли атмосферная рефракция зимой?
- Почему Солнце не всегда восходит и заходит в предсказанное время?
- Меняет ли атмосферная рефракция цвет Солнца или Луны?
- Почему Луна не исчезает во время полного лунного затмения?
- Бывает ли атмосферная рефракция в космосе?
- Подтверждает ли атмосферная рефракция теорию плоской Земли?
- Атмосферная рефракция: главное
1. Искажение диска Солнца
Один из самых наглядных примеров атмосферной рефракции — сплющенный диск Солнца у горизонта. Вместо идеального круга его диск иногда напоминает сплющенный овал.
Это происходит потому, что свет от нижнего края Солнца проходит через более плотные слои атмосферы и преломляется сильнее. В результате нижний край видимого диска смещается вверх больше, чем верхний. Вертикальный диаметр Солнца уменьшается, а горизонтальный остается почти неизменным.
Эффект бывает особенно заметен, когда температура соседних слоев воздуха у горизонта резко различается. Эти перепады могут неравномерно искривлять солнечные лучи, и диск Солнца тогда кажется вытянутым, разделенным на части или раздвоенным.
Особенно интересный пример — омега-Солнце, когда заходящее Солнце напоминает греческую букву Ω (омега). Это происходит, когда под основным изображением солнечного диска возникает его перевернутое изображение.
Проверьте сами: Сравните фотографию Солнца у горизонта со снимком, сделанным, когда оно находится выше в небе. Разница в форме может оказаться удивительно заметной. При съемке и наблюдении Солнца всегда используйте подходящие солнечные фильтры и безопасные методы наблюдения.
Интересуют другие необычные явления в небе? Проверьте свои знания в нашем тесте об атмосферных явлениях!
2. Более ранний восход и более поздний закат
Удивительный факт: когда над горизонтом появляется верхний край восходящего Солнца, его диск может еще находиться геометрически ниже горизонта. Атмосферная рефракция искривляет солнечные лучи, и Солнце кажется выше своего истинного положения. На закате происходит то же самое: Солнце остается видимым даже после того, как геометрически опустилось за горизонт.
В редких случаях эффект бывает особенно впечатляющим. Один из примеров — эффект Новой Земли, описанный исследователями Арктики в 1597 году. При сильной температурной инверсии, когда над холодным приземным слоем воздуха лежит более теплый слой, солнечные лучи могут изгибаться вдоль кривизны Земли. Благодаря этому Солнце становится видимым еще до окончания полярной ночи. При этом оно может выглядеть необычно вытянутым или разделенным на горизонтальные полосы.
Проверьте сами: Положите монету на дно пустой непрозрачной чашки. Направьте взгляд так, чтобы край чашки полностью скрыл монету. Не двигая головой, медленно налейте в чашку воду. Монета постепенно появится в поле зрения! Свет от нее преломляется при переходе из воды в воздух и достигает ваших глаз, хотя край чашки по-прежнему перекрывает прямую линию взгляда. Похожим образом атмосфера Земли искривляет солнечные лучи, позволяя видеть Солнце, когда оно уже находится под горизонтом.
Насколько атмосферная рефракция удлиняет день?
Из-за атмосферной рефракции Солнце восходит на несколько минут раньше и заходит на несколько минут позже, чем если бы у Земли не было атмосферы. Точная разница зависит от широты, времени года и состояния атмосферы.
Есть и еще одна важная деталь: восходом и закатом считают появление или исчезновение у горизонта верхнего края Солнца, а не его центра.
В астрономических расчетах обычно учитывают два фактора:
- Атмосферная рефракция: Около 34′ у горизонта.
- Видимый радиус Солнца: Около 16′.
Вместе они объясняют, почему восход и закат обычно рассчитывают для момента, когда геометрический центр Солнца находится примерно на 50′ (0,83°) ниже горизонта.
Этим же объясняется любопытная особенность равноденствий. Хотя равноденствие часто описывают как день с 12 часами света и 12 часами темноты, в большинстве мест световой день на самом деле немного длиннее 12 часов. Атмосферная рефракция продлевает видимость Солнца, а отсчет восхода и заката по его верхнему краю дополнительно увеличивает продолжительность дня.
3. Искажение диска Луны
Луна — еще один прекрасный объект для наблюдения эффектов атмосферной рефракции. При восходе или заходе полная Луна иногда выглядит заметно сплющенной по вертикали.
Причина та же, что и в случае с Солнцем: нижняя часть Луны смещается вверх сильнее, чем верхняя. Из-за состояния атмосферы край лунного диска также может казаться волнистым, неровным или необычно искаженным.
Проверьте сами: Найдите место с открытым горизонтом и понаблюдайте за восходом или заходом полной Луны. Обратите внимание на слегка сплющенный диск или неровные края. По мере подъема Луны ее диск должен становиться круглее, а искажения — уменьшаться.
Делает ли атмосферная рефракция Луну больше?
Нет! Это одно из самых распространенных заблуждений об атмосферной рефракции.
Луна часто кажется огромной у горизонта, особенно над зданиями, деревьями или горами. Однако это явление, называемое иллюзией Луны, в первую очередь связано с тем, как наш мозг обрабатывает зрительную информацию.
Обычная атмосферная рефракция не увеличивает размер Луны. Она лишь немного сжимает ее вертикальный диаметр у горизонта. Поэтому, когда Луна снова покажется вам гигантской, помните: огромный размер Луны — иллюзия, а ее сплющенная форма — реальный атмосферный эффект.
Проверьте сами: Сфотографируйте полную Луну вскоре после восхода, а затем еще раз той же ночью, когда она поднимется выше. Используйте ту же камеру и то же фокусное расстояние, а затем сравните горизонтальный и вертикальный диаметры Луны, не масштабируя снимки. При обычных условиях ширина диска остается почти неизменной, а его высота у горизонта оказывается меньше. Сплющенность показывает действие рефракции, а почти неизменная ширина — то, что впечатление огромной Луны у горизонта является иллюзией.
4. Смещение звезд
Из-за атмосферной рефракции звезды кажутся немного выше своего геометрического положения. Сильнее всего эффект проявляется у горизонта, где звезда может оставаться видимой, даже когда геометрически уже находится под ним.
Обычно смещение слишком мало, чтобы заметно изменить знакомые очертания созвездий, но для точных астрономических измерений оно важно.
Атмосферная рефракция также может немного менять видимое расстояние между небесными объектами во время соединений, особенно если объекты находятся на разной высоте. Она также влияет на наблюдения покрытий — явлений, при которых одно небесное тело заслоняет другое, например когда Луна закрывает звезду.
5. Зеленый луч
Один из самых удивительных эффектов, связанных с атмосферной рефракцией, — зеленый луч: кратковременное появление зеленого свечения у верхнего края Солнца, которое иногда можно заметить на восходе или закате.
Обычно зеленый луч не похож на яркую вспышку, которую вы могли видеть в «Пиратах Карибского моря». Чаще это небольшое зеленое пятнышко или отделившаяся полоска у верхнего края Солнца. Обычно зеленый луч длится одну-две секунды, хотя в редких случаях может сохраняться до 15 секунд.
Хотя зеленый луч чаще всего наблюдают в связи с Солнцем, он может появляться и у краев Луны и ярких планет, например Венеры и Меркурия. Такие вспышки гораздо труднее наблюдать, но их удавалось запечатлеть на фотографиях.
Почему возникает зеленый луч?
Солнечный свет состоит из разных цветов, и атмосфера Земли преломляет и рассеивает каждый из них немного по-разному. Свет с более короткими волнами, например синий и зеленый, преломляется сильнее, чем длинноволновый красный. Такое разделение цветов из-за различий в преломлении называется атмосферной дисперсией.
На закате красный и желтый свет первыми уходят за горизонт, потому что преломляются слабее. Зеленый свет отклоняется сильнее, поэтому может оставаться видимым чуть дольше. Синий и фиолетовый преломляются еще сильнее, но большая часть этого света рассеивается в атмосфере. В результате зеленый обычно оказывается последним цветом, который мы отчетливо видим перед исчезновением Солнца. Подробности читайте в научном объяснении феномена зеленого луча.
Как увидеть зеленый луч?
Шансы увидеть зеленый луч выше, если:
- Горизонт открыт и ничем не загорожен (например, небо над океаном).
- Атмосфера сравнительно прозрачная, у горизонта мало дымки и облаков.
- Заходящее Солнце выглядит необычно искаженным у горизонта, что может указывать на перепад температур между слоями воздуха.
- Верхний край солнечного диска вот-вот скроется за горизонтом.
Зеленый луч бывает и на восходе, но обычно его труднее поймать: нужно точно знать, в какой точке появится Солнце.
Предупреждение о безопасности: Никогда не смотрите на яркое Солнце и не наблюдайте его через бинокль, телескоп или объектив камеры без солнечного фильтра. Для прямых наблюдений используйте сертифицированные средства защиты зрения и подходящие солнечные фильтры.
Хотите узнать о других интересных небесных явлениях? Читайте нашу статью о дневной астрономии.
Как работает атмосферная рефракция?
Атмосфера Земли состоит из слоев воздуха разной плотности, которая обычно увеличивается ближе к поверхности. Проходя через эти слои, свет немного меняет направление. Наше зрение воспринимает входящий свет так, словно он распространялся по прямой, поэтому небесные объекты кажутся выше своего истинного положения.
Сильнее всего эффект проявляется у горизонта, где свет проходит через большую толщу атмосферы. При обычных условиях рефракция может сместить объект на горизонте вверх примерно на 34 угловые минуты (0,57°) — чуть больше видимого диаметра полной Луны.
Вот как меняется величина эффекта в зависимости от видимой высоты объекта, то есть того, насколько высоко над горизонтом он кажется расположенным:
| Видимая высота | Рефракция |
|---|---|
| 0° (горизонт) | 34′ |
| 5° | 10′ |
| 10° | 5′ |
| 20° | 3′ |
| 45° | 1′ |
| 90° (зенит) | 0′ |
Значения приблизительные. Реальная рефракция зависит от температуры воздуха, давления и других условий.
Угловая минута (′) равна 1/60 градуса. Разобраться в подобных величинах поможет наша инфографика об измерении расстояний на небе.
Атмосферная рефракция: частые вопросы
Вызывает ли атмосферная рефракция мерцание звезд?
Да, но косвенно. Звезды мерцают, потому что турбулентность атмосферы постоянно меняет то, как их свет преломляется. Это отличается от обычной атмосферной рефракции, которая смещает видимые положения объектов. Подробнее о том, почему мерцают звезды, читайте в нашей отдельной статье.
Делает ли атмосферная рефракция Солнце больше?
Нет. Обычно атмосферная рефракция слегка сплющивает Солнце, а не увеличивает его. Нижний край смещается вверх сильнее, чем верхний.
Может ли атмосферная рефракция сделать видимым объект под горизонтом?
Да. Рефракция может искривить свет от объекта, который геометрически находится под горизонтом, и направить его к наблюдателю. Поэтому Солнце некоторое время остается видимым после того, как оно уже оказалось ниже горизонта.
Сильнее ли атмосферная рефракция зимой?
Не обязательно, хотя более холодный и плотный воздух при прочих равных условиях может усиливать рефракцию. Эффект зависит от атмосферного давления, температуры и того, как плотность воздуха меняется с высотой. Резкие перепады температуры и температурные инверсии также могут вызывать необычно сильную рефракцию.
Почему Солнце не всегда восходит и заходит в предсказанное время?
В расчетах восхода и заката принимают средние атмосферные условия и ровный горизонт. В действительности изменения температуры воздуха влияют на рефракцию, поэтому наблюдаемое время может отличаться от расчетного на минуту и больше даже при открытом морском горизонте. Холмы, горы и высота места наблюдения могут создавать еще большую разницу. Планируя наблюдения с астрономическим приложением, будьте готовы за несколько минут до указанного времени.
Меняет ли атмосферная рефракция цвет Солнца или Луны?
Атмосферная рефракция может слегка разделять цвета, как в случае зеленого луча. Однако привычный оранжевый или красный цвет Солнца и Луны у горизонта главным образом вызван атмосферным рассеянием, а не рефракцией. Когда солнечный или лунный свет проходит через более толстый слой атмосферы, короткие волны рассеиваются сильнее, и в оставшемся свете преобладают теплые оттенки.
Почему Луна не исчезает во время полного лунного затмения?
Во время полного лунного затмения Земля перекрывает прямой солнечный свет, идущий к Луне. Однако земная атмосфера отклоняет часть солнечных лучей внутрь тени, позволяя им достичь лунной поверхности. Одновременно атмосферное рассеяние удаляет значительную часть синего света, и Луна приобретает красноватый оттенок. Подробнее об этом явлении — в нашем руководстве по лунным затмениям.
Бывает ли атмосферная рефракция в космосе?
Для рефракции нужна атмосфера или другая среда, в которой свет может преломляться. В космическом вакууме атмосферной рефракции нет. Однако свет может менять направление под действием гравитации — это совершенно другое явление, называемое гравитационным линзированием.
Подтверждает ли атмосферная рефракция теорию плоской Земли?
Нет. Некоторые сторонники плоской Земли утверждают, что атмосферная рефракция объясняет исчезновение далеких объектов за горизонтом или видимый заход Солнца. Однако такие объяснения не соответствуют тому, как свет на самом деле преломляется в атмосфере Земли. Рефракция может смещать видимое положение объектов, но не отменяет кривизну Земли. Больше доказательств вы найдете в статье о 7 способах доказать, что Земля круглая.
Атмосферная рефракция: главное
Атмосферная рефракция — небольшой, но важный эффект, меняющий вид объектов на небе. Она приподнимает видимые изображения небесных объектов относительно их истинного геометрического положения, сплющивает Солнце и Луну у горизонта и немного продлевает световой день. В особых условиях она даже создает зрелищные оптические явления вроде зеленого луча.
Самое полезное правило для наблюдателей: чем ниже объект над горизонтом, тем сильнее атмосфера Земли будет влиять на его внешний вид. Используйте Sky Tonight, чтобы следить за движением объектов по небу в вашей локации. Наблюдайте их у горизонта, если хотите увидеть рефракцию в действии, или выше в небе, чтобы уменьшить ее влияние.
