Υπάρχουν ρεύματα ψυχρού και θερμού αέρα στην ατμόσφαιρα. Όπου τα θερμά στρώματα βρίσκονται πάνω από τα ψυχρά, σχηματίζονται δίνες αέρα, υπό την επίδραση των οποίων κάμπτονται οι φωτεινές ακτίνες και η θέση του αστεριού αλλάζει.
Η φωτεινότητα ενός αστεριού αλλάζει επειδή οι ακτίνες που αποκλίνουν λανθασμένα συγκεντρώνονται άνισα στην επιφάνεια του πλανήτη. Ταυτόχρονα, ολόκληρο το τοπίο αλλάζει συνεχώς και αλλάζει λόγω ατμοσφαιρικών φαινομένων, για παράδειγμα, λόγω ανέμου. Ο παρατηρητής των άστρων βρίσκεται είτε σε μια πιο φωτισμένη περιοχή, είτε, αντίθετα, σε μια πιο σκιασμένη περιοχή.
Αν θέλετε να παρακολουθήσετε τη λάμψη των αστεριών, να έχετε κατά νου ότι στο ζενίθ, σε μια ήρεμη ατμόσφαιρα, αυτό το φαινόμενο μπορεί να ανιχνευθεί μόνο περιστασιακά. Αν στρέψετε το βλέμμα σας σε ουράνια αντικείμενα πιο κοντά στον ορίζοντα, θα διαπιστώσετε ότι λάμπουν πολύ περισσότερο. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι κοιτάτε τα αστέρια μέσα από ένα πιο πυκνό στρώμα αέρα και, κατά συνέπεια, τρυπάτε το βλέμμα σας μεγαλύτερο αριθμόροές αέρα. Δεν θα παρατηρήσετε αλλαγές στο χρώμα των αστεριών που βρίσκονται σε υψόμετρο μεγαλύτερο από 50°. Αλλά θα βρείτε συχνές αλλαγές χρώματος σε αστέρια κάτω από 35°. Ο Σείριος τρεμοπαίζει πολύ όμορφα, λαμπυρίζει με όλα τα χρώματα του φάσματος, ειδικά μέσα χειμερινούς μήνες, χαμηλά πάνω από τον ορίζοντα.
Η έντονη λάμψη των άστρων αποδεικνύει την ετερογένεια της ατμόσφαιρας, η οποία συνδέεται με διάφορα μετεωρολογικά φαινόμενα. Ως εκ τούτου, πολλοί άνθρωποι πιστεύουν ότι το τρεμόπαιγμα σχετίζεται με τον καιρό. Συχνά αποκτά αντοχή σε χαμηλή ατμοσφαιρική πίεση, χαμηλότερη θερμοκρασία, αυξημένη υγρασία κ.λπ. Αλλά η κατάσταση της ατμόσφαιρας εξαρτάται από αυτό μεγάλος αριθμός διάφορους παράγοντες, Τι παίζει αυτή τη στιγμήΔεν είναι δυνατόν να προβλεφθεί ο καιρός από τα άστρα.
Αυτό το φαινόμενο διατηρεί τα μυστήρια και τις ασάφειές του. Υποτίθεται ότι εντείνεται το σούρουπο. Θα μπορούσε να είναι οφθαλμαπάτη, και συνέπεια ασυνήθιστων ατμοσφαιρικών αλλαγών που συμβαίνουν συχνά αυτή την ώρα της ημέρας. Πιστεύεται ότι η λάμψη των αστεριών προκαλείται από το βόρειο σέλας. Αλλά αυτό είναι πολύ δύσκολο να εξηγηθεί, δεδομένου ότι το βόρειο σέλας βρίσκεται σε υψόμετρο μεγαλύτερο από 100 km. Επιπλέον, παραμένει μυστήριο γιατί τα λευκά αστέρια λάμπουν λιγότερο από τα κόκκινα.
Τα αστέρια είναι ήλιοι. Ο πρώτος άνθρωπος που ανακάλυψε αυτή την αλήθεια ήταν ένας επιστήμονας ιταλικής καταγωγής. Χωρίς καμία υπερβολή το όνομά του είναι γνωστό σε όλους σύγχρονος κόσμος. Αυτός είναι ο θρυλικός Τζορντάνο Μπρούνο. Υποστήριξε ότι ανάμεσα στα αστέρια υπάρχουν παρόμοια με τον Ήλιο σε μέγεθος, θερμοκρασία της επιφάνειάς τους, ακόμη και χρώμα, που εξαρτάται άμεσα από τη θερμοκρασία. Επιπλέον, υπάρχουν αστέρια που διαφέρουν σημαντικά από τον Ήλιο - γίγαντες και υπεργίγαντες.
Πίνακας βαθμών
Η ποικιλομορφία των αμέτρητων άστρων στον ουρανό ανάγκασε τους αστρονόμους να δημιουργήσουν κάποια τάξη μεταξύ τους. Για να γίνει αυτό, οι επιστήμονες αποφάσισαν να χωρίσουν τα αστέρια σε κατάλληλες κατηγορίες της φωτεινότητάς τους. Για παράδειγμα, τα αστέρια που εκπέμπουν φως πολλές χιλιάδες φορές περισσότερο από τον Ήλιο ονομάζονται γίγαντες. Αντίθετα, τα αστέρια με ελάχιστη φωτεινότητα είναι νάνοι. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι ο Ήλιος, σύμφωνα με αυτό το χαρακτηριστικό, είναι ένα μέσο αστέρι.
ανάβουν διαφορετικά;
Για ένα διάστημα, οι αστρονόμοι πίστευαν ότι τα αστέρια λάμπουν διαφορετικά λόγω της διαφορετικής θέσης τους από τη Γη. Δεν είναι όμως έτσι. Οι αστρονόμοι ανακάλυψαν ότι ακόμη και αυτά τα αστέρια που βρίσκονται στην ίδια απόσταση από τη Γη μπορεί να έχουν εντελώς διαφορετική φαινομενική φωτεινότητα. Αυτή η φωτεινότητα εξαρτάται όχι μόνο από την απόσταση, αλλά και από τη θερμοκρασία των ίδιων των αστεριών. Για να συγκρίνουν τα αστέρια με τη φαινομενική τους φωτεινότητα, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν μια συγκεκριμένη μονάδα μέτρησης - το απόλυτο μέγεθος. Μας επιτρέπει να υπολογίσουμε την πραγματική ακτινοβολία ενός αστεριού. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, οι επιστήμονες υπολόγισαν ότι υπάρχουν μόνο 20 από τα φωτεινότερα αστέρια στον ουρανό.
Γιατί τα αστέρια έχουν διαφορετικά χρώματα;
Γράφτηκε παραπάνω ότι οι αστρονόμοι διακρίνουν τα αστέρια από το μέγεθος και τη φωτεινότητά τους. Ωστόσο, αυτή δεν είναι ολόκληρη η κατάταξή τους. Μαζί με το μέγεθος και τη φαινομενική τους φωτεινότητα, όλα τα αστέρια ταξινομούνται επίσης σύμφωνα με το δικό τους χρώμα. Το γεγονός είναι ότι το φως που ορίζει αυτό ή εκείνο το αστέρι έχει κυματική ακτινοβολία. Αυτά είναι αρκετά σύντομα. Παρά το ελάχιστο μήκος κύματος του φωτός, ακόμη και η μικρότερη διαφορά στο μέγεθος των κυμάτων φωτός αλλάζει δραματικά το χρώμα του αστεριού, το οποίο εξαρτάται άμεσα από τη θερμοκρασία της επιφάνειάς του. Για παράδειγμα, αν ζεστάνετε ένα σιδερένιο τηγάνι θα αποκτήσει το αντίστοιχο χρώμα.
Το χρωματικό φάσμα ενός αστεριού είναι ένα είδος διαβατηρίου που καθορίζει τα μέγιστα Χαρακτηριστικά. Για παράδειγμα, ο Ήλιος και η Καπέλλα (ένα αστέρι παρόμοιο με τον Ήλιο) αναγνωρίστηκαν από τους αστρονόμους ως ένα και το αυτό. Και τα δύο έχουν ανοιχτό κίτρινο χρώμα και θερμοκρασία επιφάνειας 6000°C. Επιπλέον, το φάσμα τους περιέχει τις ίδιες ουσίες: γραμμές, νάτριο και σίδηρο.
Αστέρια όπως ο Betelgeuse ή ο Antares έχουν γενικά ένα χαρακτηριστικό κόκκινο χρώμα. Η θερμοκρασία της επιφάνειάς τους είναι 3000°C και περιέχουν οξείδιο του τιτανίου. Αστέρια όπως ο Σείριος και ο Βέγκα είναι λευκοί. Η θερμοκρασία της επιφάνειάς τους είναι 10000°C. Τα φάσματα τους έχουν γραμμές υδρογόνου. Υπάρχει επίσης ένα αστέρι με θερμοκρασία επιφάνειας 30.000°C - αυτό είναι το γαλαζωπόλευκο Orionis.
Έχετε αναρωτηθεί ποτέ γιατί τα αστέρια δεν φαίνονται στον ουρανό κατά τη διάρκεια της ημέρας; Εξάλλου, ο αέρας είναι τόσο διαφανής τη μέρα όσο και τη νύχτα. Το όλο θέμα εδώ είναι ότι κατά τη διάρκεια της ημέρας η ατμόσφαιρα διασκορπίζει το φως του ήλιου.
Φανταστείτε ότι βρίσκεστε σε ένα καλά φωτισμένο δωμάτιο το βράδυ. Μέσα από το τζάμι του παραθύρου, τα έντονα φώτα που βρίσκονται έξω είναι ορατά αρκετά καθαρά. Αλλά τα αντικείμενα με χαμηλό φωτισμό είναι σχεδόν αδύνατο να δεις. Ωστόσο, μόλις σβήσετε το φως στο δωμάτιο, το γυαλί παύει να λειτουργεί ως εμπόδιο στην όρασή μας.
Κάτι παρόμοιο συμβαίνει κατά την παρατήρηση του ουρανού: κατά τη διάρκεια της ημέρας, η ατμόσφαιρα από πάνω μας φωτίζεται έντονα και ο Ήλιος είναι ορατός μέσα από αυτήν, αλλά το ασθενές φως των μακρινών αστεριών δεν μπορεί να διαπεράσει. Αλλά αφού ο Ήλιος βυθιστεί κάτω από τον ορίζοντα και το φως του ήλιου (και μαζί του το φως που διαχέεται από τον αέρα) «σβήσει», η ατμόσφαιρα γίνεται «διαφανής» και τα αστέρια μπορούν να παρατηρηθούν.
Είναι διαφορετικό θέμα στο διάστημα. Καθώς το διαστημόπλοιο ανεβαίνει στο ύψος, πυκνά στρώματα της ατμόσφαιρας παραμένουν κάτω και ο ουρανός σταδιακά σκοτεινιάζει.
Σε υψόμετρο περίπου 200-300 km, όπου συνήθως πετούν επανδρωμένα διαστημόπλοια, ο ουρανός είναι εντελώς μαύρος. Είναι πάντα μαύρο, ακόμα κι αν ο Ήλιος βρίσκεται αυτή τη στιγμή στο ορατό μέρος του.
«Ο ουρανός είναι εντελώς μαύρος. Τα αστέρια σε αυτόν τον ουρανό φαίνονται κάπως πιο φωτεινά και είναι πιο καθαρά ορατά στο φόντο του μαύρου ουρανού», έτσι περιέγραψε τις εντυπώσεις του στο διάστημα ο πρώτος κοσμοναύτης Yu. A. Gagarin.
Ωστόσο, ακόμη και από το διαστημόπλοιο στην πλευρά της ημέρας του ουρανού, δεν είναι ορατά όλα τα αστέρια, αλλά μόνο τα φωτεινότερα. Το μάτι ταράζεται από το εκτυφλωτικό φως του Ήλιου και το φως της Γης.
Αν κοιτάξουμε τον ουρανό από τη Γη, θα δούμε καθαρά ότι όλα τα αστέρια λάμπουν. Φαίνονται να ξεθωριάζουν, μετά να φουντώνουν, να λαμπυρίζουν με διαφορετικά χρώματα. Και όσο χαμηλότερα βρίσκεται το αστέρι πάνω από τον ορίζοντα, τόσο ισχυρότερο είναι το τρεμόπαιγμα.
Η λάμψη των αστεριών εξηγείται επίσης από την παρουσία μιας ατμόσφαιρας. Πριν φτάσει στα μάτια μας, το φως που εκπέμπεται από ένα αστέρι περνά μέσα από την ατμόσφαιρα. Στην ατμόσφαιρα υπάρχουν πάντα μάζες θερμότερου και ψυχρότερου αέρα. Η πυκνότητά του εξαρτάται από τη θερμοκρασία του αέρα σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Περνώντας από τη μια περιοχή στην άλλη, οι ακτίνες φωτός βιώνουν διάθλαση. Η κατεύθυνση της διάδοσής τους αλλάζει. Εξαιτίας αυτού, σε ορισμένα σημεία πάνω από την επιφάνεια της γης είναι συγκεντρωμένα, σε άλλα είναι σχετικά σπάνια. Ως αποτέλεσμα της συνεχούς κίνησης των μαζών αέρα, αυτές οι ζώνες μετατοπίζονται συνεχώς και ο παρατηρητής βλέπει είτε αύξηση είτε μείωση της φωτεινότητας των αστεριών. Επειδή όμως οι διαφορετικές έγχρωμες ακτίνες δεν διαθλώνται εξίσου, οι στιγμές εντατικοποίησης και αποδυνάμωσης διαφορετικών χρωμάτων δεν συμβαίνουν ταυτόχρονα.
Επιπλέον, άλλα, πιο πολύπλοκα οπτικά εφέ μπορούν να παίξουν έναν ορισμένο ρόλο στη λάμψη των αστεριών.
Η παρουσία θερμών και ψυχρών στρωμάτων αέρα και οι έντονες κινήσεις των μαζών αέρα επηρεάζουν επίσης την ποιότητα των τηλεσκοπικών εικόνων.
Πού είναι οι καλύτερες συνθήκες για αστρονομικές παρατηρήσεις: στα βουνά ή στις πεδιάδες, στην ακτή ή στην ενδοχώρα, στο δάσος ή στην έρημο; Και γενικά, τι είναι καλύτερο για τους αστρονόμους - δέκα νύχτες χωρίς σύννεφα κατά τη διάρκεια ενός μήνα ή μόνο μια καθαρή νύχτα, αλλά μία όταν ο αέρας είναι απόλυτα καθαρός και ήρεμος;
Αυτό είναι μόνο ένα μικρό μέρος των ζητημάτων που πρέπει να επιλυθούν κατά την επιλογή μιας τοποθεσίας για την κατασκευή παρατηρητηρίων και την εγκατάσταση μεγάλων τηλεσκοπίων. Ένα ειδικό πεδίο της επιστήμης ασχολείται με τέτοια προβλήματα - η αστρο-κλιματολογία.
Φυσικά, οι καλύτερες συνθήκες για αστρονομικές παρατηρήσεις είναι έξω από τα πυκνά στρώματα της ατμόσφαιρας, στο διάστημα. Παρεμπιπτόντως, τα αστέρια εδώ δεν λάμπουν, αλλά καίγονται με ένα κρύο, ήρεμο φως.
Οι γνωστοί αστερισμοί φαίνονται ακριβώς το ίδιο στο διάστημα όπως στη Γη. Τα αστέρια βρίσκονται σε τεράστιες αποστάσεις από εμάς και η απομάκρυνση από την επιφάνεια της γης κατά μερικές εκατοντάδες χιλιόμετρα δεν μπορεί να αλλάξει τίποτα στην ορατή εμφάνισή τους. σχετική θέση. Ακόμη και όταν παρατηρηθεί από τον Πλούτωνα, τα περιγράμματα των αστερισμών θα ήταν ακριβώς τα ίδια.
Κατά τη διάρκεια μιας τροχιάς από ένα διαστημόπλοιο που κινείται κατά μήκος χαμηλή τροχιά της γης, καταρχήν, μπορείτε να δείτε όλους τους αστερισμούς του ουρανού της γης. Η παρατήρηση άστρων από το διάστημα έχει διπλό ενδιαφέρον: αστρονομικό και ναυτικό. Ειδικότερα, είναι πολύ σημαντικό να παρατηρούμε το φως των αστεριών αμετάβλητο από την ατμόσφαιρα.
Η πλοήγηση από τα αστέρια δεν είναι λιγότερο σημαντική στο διάστημα. Παρατηρώντας προεπιλεγμένα αστέρια «αναφοράς», μπορείτε όχι μόνο να προσανατολίσετε το πλοίο, αλλά και να προσδιορίσετε τη θέση του στο διάστημα.
Για πολύ καιρό, οι αστρονόμοι ονειρεύονταν μελλοντικά παρατηρητήρια στην επιφάνεια της Σελήνης. Φαινόταν ότι η πλήρης απουσία ατμόσφαιρας θα έπρεπε να δημιουργήσει ιδανικές συνθήκες στον φυσικό δορυφόρο της Γης για αστρονομικές παρατηρήσεις τόσο κατά τη διάρκεια της σεληνιακής νύχτας όσο και κατά τη διάρκεια της σεληνιακής ημέρας.
Υπάρχουν πολλά ενδιαφέροντα πράγματα στον κόσμο. Η λάμψη των αστεριών είναι ένα από τα πιο εκπληκτικά φαινόμενα. Πόσες διαφορετικές πεποιθήσεις συνδέονται με αυτό το φαινόμενο! Το άγνωστο πάντα τρομάζει και έλκει ταυτόχρονα. Ποια είναι η φύση αυτού του φαινομένου;
Επιρροή της ατμόσφαιρας
Οι αστρονόμοι το έχουν κάνει ενδιαφέρουσα ανακάλυψη: Η λάμψη των αστεριών δεν έχει καμία σχέση με τις αλλαγές τους. Τότε γιατί τα αστέρια λάμπουν στον νυχτερινό ουρανό; Είναι όλα σχετικά με την ατμοσφαιρική κίνηση των ροών ψυχρού και ζεστού αέρα. Όπου τα θερμά στρώματα περνούν πάνω από τα ψυχρά, σχηματίζονται δίνες αέρα. Υπό την επίδραση αυτών των δινών, οι ακτίνες του φωτός παραμορφώνονται. Έτσι κάμπτονται οι ακτίνες φωτός, αλλάζοντας τη φαινομενική θέση των αστεριών.
Ένα ενδιαφέρον γεγονός είναι ότι τα αστέρια δεν λάμπουν καθόλου. Αυτό το όραμα δημιουργείται στη γη. Τα μάτια των παρατηρητών αντιλαμβάνονται το φως που προέρχεται από ένα αστέρι αφού περάσει από την ατμόσφαιρα. Επομένως, στο ερώτημα γιατί τα αστέρια λάμπουν, μπορούμε να απαντήσουμε ότι τα αστέρια δεν λάμπουν, αλλά το φαινόμενο που παρατηρούμε στη γη είναι μια παραμόρφωση του φωτός που έχει περάσει από ένα αστέρι μέσα από τα ατμοσφαιρικά στρώματα του αέρα. Αν δεν συνέβαιναν τέτοιες κινήσεις αέρα, τότε δεν θα παρατηρούνταν τρεμοπαίζει, ακόμη και από το πιο μακρινό αστέρι στο διάστημα.
Επιστημονική εξήγηση
Εάν επεκταθούμε στο ερώτημα γιατί τα αστέρια λάμπουν με περισσότερες λεπτομέρειες, αξίζει να σημειωθεί ότι αυτή η διαδικασία παρατηρείται όταν το φως από ένα αστέρι μετακινείται από ένα πιο πυκνό ατμοσφαιρικό στρώμα σε ένα λιγότερο πυκνό. Επιπλέον, όπως προαναφέρθηκε, αυτά τα στρώματα κινούνται συνεχώς μεταξύ τους. Από τους νόμους της φυσικής γνωρίζουμε ότι ο θερμός αέρας ανεβαίνει και ο κρύος αέρας, αντίθετα, βυθίζεται. Όταν το φως περνάει αυτό το όριο του στρώματος παρατηρούμε να τρεμοπαίζει.
Περνώντας μέσα από στρώματα αέρα διαφορετικής πυκνότητας, το φως των αστεριών αρχίζει να τρεμοπαίζει και το περίγραμμά τους θολώνει και η εικόνα αυξάνεται. Ταυτόχρονα, η ένταση της ακτινοβολίας και, κατά συνέπεια, η φωτεινότητα αλλάζουν επίσης. Έτσι, μελετώντας και παρατηρώντας τις διαδικασίες που περιγράφηκαν παραπάνω, οι επιστήμονες κατάλαβαν γιατί τα αστέρια λάμπουν και το τρεμόπαιγμα τους ποικίλλει σε ένταση. Στην επιστήμη, αυτή η αλλαγή στην ένταση του φωτός ονομάζεται σπινθηρισμός.
Πλανήτες και αστέρια: ποια είναι η διαφορά;
Ένα άλλο ενδιαφέρον γεγονός είναι ότι δεν παράγει κάθε φωτεινό κοσμικό αντικείμενο φως που προέρχεται από το φαινόμενο του σπινθηρισμού. Ας πάρουμε τους πλανήτες. Αντανακλά επίσης το φως του ήλιου, αλλά δεν τρεμοπαίζουν. Είναι από τη φύση της ακτινοβολίας που ένας πλανήτης διακρίνεται από ένα αστέρι. Ναι, το φως ενός αστεριού τρεμοπαίζει, αλλά το φως ενός πλανήτη όχι.
Από την αρχαιότητα, η ανθρωπότητα έχει μάθει να πλοηγείται στο διάστημα χρησιμοποιώντας τα αστέρια. Εκείνες τις μέρες που δεν εφευρέθηκαν όργανα ακριβείας, ο ουρανός βοήθησε να βρεθεί ο σωστός δρόμος. Και σήμερα αυτή η γνώση δεν έχει χάσει τη σημασία της. Η αστρονομία ως επιστήμη ξεκίνησε τον 16ο αιώνα, όταν εφευρέθηκε για πρώτη φορά το τηλεσκόπιο. Τότε ήταν που άρχισαν να παρατηρούν από κοντά το φως των αστεριών και να μελετούν τους νόμους με τους οποίους λάμπουν. Λέξη αστρονομίαμεταφρασμένο από τα ελληνικά είναι «ο νόμος των άστρων».
Star Science
Η αστρονομία μελετά το Σύμπαν και τα ουράνια σώματα, την κίνηση, τη θέση, τη δομή και την προέλευσή τους. Χάρη στην ανάπτυξη της επιστήμης, οι αστρονόμοι εξήγησαν πώς ένα αστέρι που τρεμοπαίζει στον ουρανό διαφέρει από έναν πλανήτη, πώς συμβαίνει η ανάπτυξη ουράνια σώματα, τα συστήματά τους, τους δορυφόρους. Αυτή η επιστήμη έχει κοιτάξει πολύ πέρα από τα όρια ηλιακό σύστημα. Πάλσαρ, κβάζαρ, νεφελώματα, αστεροειδείς, γαλαξίες, μαύρες τρύπες, διαστρική και διαπλανητική ύλη, κομήτες, μετεωρίτες και οτιδήποτε σχετικό απώτερο διάστημα, μελετά την επιστήμη της αστρονομίας.
Η ένταση και το χρώμα του αστραφτερού φωτός των αστεριών επηρεάζεται επίσης από το υψόμετρο της ατμόσφαιρας και την εγγύτητα στον ορίζοντα. Είναι εύκολο να παρατηρήσετε ότι τα αστέρια που βρίσκονται κοντά του λάμπουν πιο φωτεινά και λαμπυρίζουν σε διαφορετικά χρώματα. Αυτό το θέαμα γίνεται ιδιαίτερα όμορφο μέσα παγωμένες νύχτεςή αμέσως μετά τη βροχή. Αυτές τις στιγμές ο ουρανός είναι χωρίς σύννεφα, γεγονός που συμβάλλει σε ένα πιο φωτεινό τρεμόπαιγμα. Ο Σείριος έχει μια ιδιαίτερη λάμψη.
Ατμόσφαιρα και αστρικό φως
Αν θέλετε να παρατηρήσετε τη λάμψη των αστεριών, θα πρέπει να καταλάβετε ότι με μια ήρεμη ατμόσφαιρα στο ζενίθ, αυτό είναι δυνατό μόνο περιστασιακά. Η φωτεινότητα της ροής φωτός αλλάζει συνεχώς. Αυτό οφείλεται και πάλι στην εκτροπή των ακτίνων φωτός, οι οποίες είναι ανομοιόμορφα συγκεντρωμένες πάνω από την επιφάνεια της γης. Ο άνεμος επηρεάζει επίσης το αστρικό τοπίο. Σε αυτή την περίπτωση, ο παρατηρητής του αστεριού πανοράματος βρίσκεται συνεχώς εναλλάξ σε μια σκοτεινή ή φωτισμένη περιοχή.
Όταν παρατηρείτε αστέρια που βρίσκονται σε υψόμετρο μεγαλύτερο από 50°, η αλλαγή χρώματος δεν θα είναι αισθητή. Αλλά τα αστέρια που είναι κάτω από 35° θα λάμπουν και θα αλλάζουν χρώμα αρκετά συχνά. Το πολύ έντονο τρεμόπαιγμα υποδηλώνει ατμοσφαιρική ετερογένεια, η οποία σχετίζεται άμεσα με τη μετεωρολογία. Κατά την παρατήρηση της αστρικής ριπής, παρατηρήθηκε ότι τείνει να εντείνεται σε χαμηλή ατμοσφαιρική πίεση και θερμοκρασία. Αύξηση του τρεμούλιασμα μπορεί επίσης να παρατηρηθεί με την αύξηση της υγρασίας. Ωστόσο, είναι αδύνατο να προβλεφθεί ο καιρός χρησιμοποιώντας σπινθηρισμό. Η κατάσταση της ατμόσφαιρας εξαρτάται από έναν μεγάλο αριθμό διαφορετικών παραγόντων, κάτι που δεν μας επιτρέπει να βγάλουμε συμπεράσματα για τον καιρό μόνο από αστρικές ριπές. Φυσικά, κάποια πράγματα λειτουργούν, αλλά αυτό το φαινόμενο εξακολουθεί να έχει τις δικές του ασάφειες και μυστήρια.
Περνώντας μέσα από την ατμόσφαιρα της γης, οι ακτίνες φωτός αλλάζουν την ευθεία κατεύθυνση τους. Λόγω της αύξησης της ατμοσφαιρικής πυκνότητας, η διάθλαση των ακτίνων φωτός αυξάνεται καθώς πλησιάζουν την επιφάνεια της Γης. Ως αποτέλεσμα, ο παρατηρητής βλέπει τα ουράνια σώματα σαν να ανυψώνονται πάνω από τον ορίζοντα από μια γωνία που ονομάζεται αστρονομική διάθλαση.
Η διάθλαση είναι μια από τις κύριες πηγές τόσο συστηματικών όσο και τυχαίων σφαλμάτων παρατήρησης. Το 1906 Ο Newcomb έγραψε ότι δεν υπάρχει κανένας κλάδος της πρακτικής αστρονομίας που να έχει γραφτεί τόσο για τη διάθλαση, και ο οποίος θα ήταν σε τόσο μη ικανοποιητική κατάσταση. Μέχρι τα μέσα του 20ου αιώνα, οι αστρονόμοι μείωσαν τις παρατηρήσεις τους χρησιμοποιώντας πίνακες διάθλασης που καταρτίστηκαν τον 19ο αιώνα. Το κύριο μειονέκτημα όλων των παλαιών θεωριών ήταν η ανακριβής κατανόηση της δομής της ατμόσφαιρας της γης.
Ας πάρουμε την επιφάνεια της Γης ΑΒ ως μια σφαίρα ακτίνας OA=R και ας φανταστούμε την ατμόσφαιρα της Γης με τη μορφή στρωμάτων ομόκεντρων με αυτήν α, ένα 1 σε 1 και 2 σε 2...με τις πυκνότητες να αυξάνονται καθώς τα στρώματα πλησιάζουν την επιφάνεια της γης (Εικ. 2.7). Τότε μια ακτίνα SA από κάποιο πολύ μακρινό σώμα, που διαθλάται στην ατμόσφαιρα, θα φτάσει στο σημείο Α προς την κατεύθυνση S¢A, αποκλίνοντας από την αρχική της θέση SA ή από την κατεύθυνση S²A παράλληλη προς αυτό κατά μια ορισμένη γωνία S¢AS²= r, που ονομάζεται αστρονομική διάθλαση. Όλα τα στοιχεία της καμπύλης ακτίνας SA και η τελική φαινόμενη κατεύθυνσή της AS¢ θα βρίσκονται στο ίδιο κατακόρυφο επίπεδο ZAOS. Κατά συνέπεια, η αστρονομική διάθλαση αυξάνει μόνο την πραγματική κατεύθυνση προς το φωτιστικό στο κατακόρυφο επίπεδο που διέρχεται από αυτό.
Η γωνιακή ανύψωση ενός άστρου πάνω από τον ορίζοντα στην αστρονομία ονομάζεται ύψος του άστρου. Γωνία S¢AH = h¢θα είναι το φαινομενικό ύψος του αστεριού και η γωνία S²AH = h = h¢ - rείναι το πραγματικό του ύψος. Γωνία zείναι η πραγματική απόσταση ζενίθ του φωτιστικού, και z¢ είναι η ορατή τιμή του.
Το μέγεθος της διάθλασης εξαρτάται από πολλούς παράγοντες και μπορεί να αλλάξει σε κάθε σημείο της Γης, ακόμη και μέσα σε μια μέρα. Για μέσες συνθήκες, ελήφθη ένας κατά προσέγγιση τύπος διάθλασης:
Dh=-0,9666ctg h¢. (2.1)
Ο συντελεστής 0,9666 αντιστοιχεί στην πυκνότητα της ατμόσφαιρας σε θερμοκρασία +10°C και πίεση 760 mm Hg. Εάν τα χαρακτηριστικά της ατμόσφαιρας είναι διαφορετικά, τότε η διόρθωση για διάθλαση, που υπολογίζεται σύμφωνα με τον τύπο (2.1), πρέπει να διορθωθεί με διορθώσεις για τη θερμοκρασία και την πίεση.
Εικ. 2.7 Αστρονομική διάθλαση
Για να ληφθεί υπόψη η αστρονομική διάθλαση σε ζενιθαλικές μεθόδους αστρονομικών προσδιορισμών, η θερμοκρασία και η πίεση του αέρα μετρώνται κατά την παρατήρηση των αποστάσεων ζενίθ των φωτιστικών. Σε ακριβείς μεθόδους αστρονομικών προσδιορισμών, οι αποστάσεις ζενίθ των φωτιστικών μετρώνται στην περιοχή από 10° έως 60°. Το ανώτερο όριο οφείλεται σε σφάλματα οργάνων, το κατώτερο όριο οφείλεται σε σφάλματα στους πίνακες διάθλασης.
Η απόσταση ζενίθ του φωτιστικού, διορθωμένη με τη διόρθωση διάθλασης, υπολογίζεται από τον τύπο:
Μέση (κανονική σε θερμοκρασία +10°C και πίεση 760 mm Hg.) διάθλασης, υπολογισμένη με z¢;
Ένας συντελεστής που λαμβάνει υπόψη τη θερμοκρασία του αέρα, που υπολογίζεται από την τιμή της θερμοκρασίας.
σι– συντελεστής λαμβάνοντας υπόψη την πίεση του αέρα.
Πολλοί επιστήμονες μελέτησαν τη θεωρία της διάθλασης. Αρχικά, η αρχική υπόθεση ήταν ότι η πυκνότητα των διαφόρων στρωμάτων της ατμόσφαιρας μειώνεται με την αύξηση του ύψους αυτών των στρωμάτων σε αριθμητική πρόοδος(Μπουγκ). Αλλά αυτή η υπόθεση αναγνωρίστηκε σύντομα ως μη ικανοποιητική από κάθε άποψη, καθώς οδήγησε σε πολύ μικρή τιμή διάθλασης και σε πολύ γρήγορη μείωση της θερμοκρασίας με ύψος πάνω από την επιφάνεια της Γης.
Ο Νεύτων υπέθεσε ότι η πυκνότητα της ατμόσφαιρας μειώνεται με το ύψος σύμφωνα με το νόμο γεωμετρική πρόοδος. Και αυτή η υπόθεση αποδείχθηκε μη ικανοποιητική. Σύμφωνα με αυτή την υπόθεση, αποδείχθηκε ότι η θερμοκρασία σε όλα τα στρώματα της ατμόσφαιρας πρέπει να παραμείνει σταθερή και ίση με τη θερμοκρασία στην επιφάνεια της Γης.
Η πιο έξυπνη ήταν η υπόθεση του Laplace, ενδιάμεση μεταξύ των δύο παραπάνω. Οι πίνακες διάθλασης που δημοσιεύονταν κάθε χρόνο στο γαλλικό αστρονομικό ημερολόγιο βασίστηκαν σε αυτήν την υπόθεση Laplace.
Η ατμόσφαιρα της Γης με την αστάθειά της (αναταράξεις, διαθλαστικές διακυμάνσεις) θέτει ένα όριο στην ακρίβεια των αστρονομικών παρατηρήσεων από τη Γη.
Κατά την επιλογή μιας τοποθεσίας για την εγκατάσταση μεγάλων αστρονομικών οργάνων, αρχικά μελετάται διεξοδικά το αστροκλίμα της περιοχής, το οποίο νοείται ως ένα σύνολο παραγόντων που παραμορφώνουν το σχήμα του μετώπου κύματος της ακτινοβολίας από ουράνια αντικείμενα που διέρχονται από την ατμόσφαιρα. Εάν το μέτωπο κύματος φτάσει στη συσκευή χωρίς παραμόρφωση, τότε η συσκευή σε αυτή την περίπτωση μπορεί να λειτουργήσει με μέγιστη απόδοση (με ανάλυση που πλησιάζει τη θεωρητική).
Όπως αποδείχθηκε, η ποιότητα της τηλεσκοπικής εικόνας μειώνεται κυρίως λόγω παρεμβολών που εισάγει το στρώμα εδάφους της ατμόσφαιρας. Η γη, λόγω της δικής της θερμικής ακτινοβολίας τη νύχτα, ψύχεται σημαντικά και ψύχει το παρακείμενο στρώμα αέρα. Μια αλλαγή στη θερμοκρασία του αέρα κατά 1°C αλλάζει τον δείκτη διάθλάσής του κατά 10 -6. Σε απομονωμένες βουνοκορφές, το πάχος του εδαφικού στρώματος του αέρα με σημαντική διαφορά θερμοκρασίας (κλίση) μπορεί να φτάσει αρκετές δεκάδες μέτρα. Σε κοιλάδες και επίπεδες περιοχές τη νύχτα, αυτό το στρώμα είναι πολύ παχύτερο και μπορεί να είναι εκατοντάδες μέτρα. Αυτό εξηγεί την επιλογή θέσεων για αστρονομικά παρατηρητήρια στις κορυφογραμμές και σε απομονωμένες κορυφές, από όπου μπορεί να ρέει πυκνότερος ψυχρός αέρας στις κοιλάδες. Το ύψος του πύργου του τηλεσκοπίου επιλέγεται έτσι ώστε το όργανο να βρίσκεται πάνω από την κύρια περιοχή των ανομοιογενειών της θερμοκρασίας.
Ένας σημαντικός παράγοντας στο αστροκλίμα είναι ο άνεμος στο επιφανειακό στρώμα της ατμόσφαιρας. Με την ανάμειξη στρωμάτων ψυχρού και θερμού αέρα, προκαλεί την εμφάνιση ανομοιογενειών πυκνότητας στη στήλη αέρα πάνω από τη συσκευή. Ανομοιογένειες των οποίων οι διαστάσεις είναι μικρότερες από τη διάμετρο του τηλεσκοπίου οδηγούν σε αποεστίαση της εικόνας. Μεγαλύτερες διακυμάνσεις πυκνότητας (αρκετά μέτρα ή μεγαλύτερες) δεν προκαλούν έντονες παραμορφώσεις του μετώπου του κύματος και οδηγούν κυρίως σε μετατόπιση και όχι σε αποεστίαση της εικόνας.
Στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας (στην τροπόπαυση) παρατηρούνται επίσης διακυμάνσεις της πυκνότητας και του δείκτη διάθλασης του αέρα. Αλλά οι διαταραχές στην τροπόπαυση δεν επηρεάζουν αισθητά την ποιότητα των εικόνων που παράγονται από οπτικά όργανα, καθώς εκεί οι διαβαθμίσεις θερμοκρασίας είναι πολύ μικρότερες από ό,τι στο επιφανειακό στρώμα. Αυτά τα στρώματα δεν προκαλούν τρέμουλο, αλλά αναλαμπή των αστεριών.
Στις αστροκλιματικές μελέτες, δημιουργείται μια σύνδεση μεταξύ του αριθμού των καθαρών ημερών που καταγράφει η μετεωρολογική υπηρεσία και του αριθμού των διανυκτερεύσεων που είναι κατάλληλες για αστρονομικές παρατηρήσεις. Οι πιο συμφέρουσες περιοχές, σύμφωνα με την αστροκλιματική ανάλυση της επικράτειας πρώην ΕΣΣΔ, είναι μερικές ορεινές περιοχές των κρατών της Κεντρικής Ασίας.
Επίγεια διάθλαση
Οι ακτίνες από τα επίγεια αντικείμενα, εάν διανύουν αρκετά μεγάλη διαδρομή στην ατμόσφαιρα, βιώνουν επίσης διάθλαση. Η τροχιά των ακτίνων κάμπτεται υπό την επίδραση της διάθλασης και τις βλέπουμε σε λάθος σημεία ή σε λάθος κατεύθυνση όπου βρίσκονται στην πραγματικότητα. Κάτω από ορισμένες συνθήκες, ως αποτέλεσμα της επίγειας διάθλασης, εμφανίζονται αντικατοπτρισμοί - ψευδείς εικόνες μακρινών αντικειμένων.
Η γωνία επίγειας διάθλασης α είναι η γωνία μεταξύ της κατεύθυνσης προς τη φαινομενική και πραγματική θέση του παρατηρούμενου αντικειμένου (Εικ. 2.8). Η τιμή της γωνίας a εξαρτάται από την απόσταση από το παρατηρούμενο αντικείμενο και από την κατακόρυφη κλίση θερμοκρασίας στο επιφανειακό στρώμα της ατμόσφαιρας, στο οποίο συμβαίνει η διάδοση των ακτίνων από τα αντικείμενα του εδάφους.
Εικ.2.8. Εκδήλωση της επίγειας διάθλασης κατά την όραση:
α) – από κάτω προς τα πάνω, β) – από πάνω προς τα κάτω, α – γωνία επίγειας διάθλασης
Το εύρος γεωδαιτικής (γεωμετρικής) ορατότητας σχετίζεται με την επίγεια διάθλαση (Εικ. 2.9). Ας υποθέσουμε ότι ο παρατηρητής βρίσκεται στο σημείο Α σε ορισμένο ύψος hH πάνω από την επιφάνεια της γης και παρατηρεί τον ορίζοντα προς την κατεύθυνση του σημείου Β. Το επίπεδο NAN είναι ένα οριζόντιο επίπεδο που διέρχεται από το σημείο Α κάθετο στην ακτίνα της υδρογείου, που ονομάζεται το επίπεδο του μαθηματικού ορίζοντα. Εάν οι ακτίνες φωτός διαδίδονταν ευθύγραμμα στην ατμόσφαιρα, τότε το πιο απομακρυσμένο σημείο στη Γη που θα μπορούσε να δει ένας παρατηρητής από το σημείο Α θα ήταν το σημείο Β. Η απόσταση από αυτό το σημείο (εφαπτομένη ΑΒ στην υδρόγειο) είναι το γεωδαιτικό (ή γεωμετρικό) εύρος ορατότητας Δ 0 . Μια κυκλική γραμμή στην επιφάνεια της γης εκρηκτική είναι ο γεωδαιτικός (ή γεωμετρικός) ορίζοντας του παρατηρητή. Η τιμή του D 0 προσδιορίζεται μόνο από γεωμετρικές παραμέτρους: την ακτίνα της Γης R και το ύψος h H του παρατηρητή και είναι ίση με D o ≈ √ 2Rh H = 3,57√ h H, που προκύπτει από το Σχ. 2.9.
Εικ.2.9. Επίγεια διάθλαση: μαθηματικοί (NN) και γεωδαιτικοί (BB) ορίζοντες, εύρος γεωδαιτικής ορατότητας (AB=D 0)
Εάν ένας παρατηρητής παρατηρήσει ένα αντικείμενο που βρίσκεται σε ύψος h πάνω από την επιφάνεια της Γης, τότε η γεωδαιτική περιοχή θα είναι η απόσταση AC = 3,57(√ h H + √ h pr). Αυτές οι δηλώσεις θα ίσχυαν αν το φως ταξίδευε σε ευθεία γραμμή στην ατμόσφαιρα. Αλλά αυτό δεν είναι αλήθεια. Με μια κανονική κατανομή της θερμοκρασίας και της πυκνότητας του αέρα στο στρώμα του εδάφους, η καμπύλη γραμμή που απεικονίζει την τροχιά της δέσμης φωτός βλέπει τη Γη με την κοίλη πλευρά της. Επομένως, το πιο απομακρυσμένο σημείο που θα δει ένας παρατηρητής από το Α δεν θα είναι το Β, αλλά το Β¢. Το εύρος γεωδαιτικής ορατότητας AB¢, λαμβάνοντας υπόψη τη διάθλαση, θα είναι κατά μέσο όρο 6-7% μεγαλύτερο και αντί για τον συντελεστή 3,57 στους τύπους θα υπάρχει συντελεστής 3,82. Το γεωδαιτικό εύρος υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τους τύπους
, h - σε m, D - σε km, R - 6378 km
Οπου η n και η pr – σε μέτρα, Δ –σε χιλιόμετρα.
Για ένα άτομο μέσου ύψους, η απόσταση του ορίζοντα στη Γη είναι περίπου 5 χιλιόμετρα. Για τους κοσμοναύτες V.A. Shatalov και A.S. Eliseev, που πέταξαν ΔΙΑΣΤΗΜΟΠΛΟΙΟ"Soyuz-8", το εύρος του ορίζοντα στο περίγειο (υψόμετρο 205 km) ήταν 1730 km, και στο απόγειο (υψόμετρο 223 km) - 1800 km.
Για τα ραδιοκύματα, η διάθλαση είναι σχεδόν ανεξάρτητη από το μήκος κύματος, αλλά εκτός από τη θερμοκρασία και την πίεση, εξαρτάται και από την περιεκτικότητα σε υδρατμούς στον αέρα. Κάτω από τις ίδιες συνθήκες μεταβολών θερμοκρασίας και πίεσης, τα ραδιοκύματα διαθλώνται πιο έντονα από τα ελαφριά, ειδικά με υψηλή υγρασία.
Επομένως, στους τύπους για τον προσδιορισμό του εύρους του ορίζοντα ή την ανίχνευση ενός αντικειμένου από μια δέσμη ραντάρ μπροστά από τη ρίζα θα υπάρχει συντελεστής 4,08. Κατά συνέπεια, ο ορίζοντας του συστήματος ραντάρ είναι περίπου 11% πιο μακριά.
Τα ραδιοκύματα αντανακλώνται καλά από την επιφάνεια της γης και από το κάτω όριο της αναστροφής ή το στρώμα χαμηλής υγρασίας. Σε έναν τόσο μοναδικό κυματοδηγό που σχηματίζεται από την επιφάνεια της γης και τη βάση της αναστροφής, τα ραδιοκύματα μπορούν να διαδοθούν σε πολύ μεγάλες αποστάσεις. Αυτά τα χαρακτηριστικά της διάδοσης ραδιοκυμάτων χρησιμοποιούνται με επιτυχία στο ραντάρ.
Η θερμοκρασία του αέρα στο στρώμα του εδάφους, ειδικά στο κάτω μέρος του, δεν πέφτει πάντα με το ύψος. Μπορεί να μειώνεται με διαφορετικούς ρυθμούς, μπορεί να μην αλλάζει με το ύψος (ισοθερμία) και μπορεί να αυξάνεται με το ύψος (αναστροφή). Ανάλογα με το μέγεθος και το πρόσημο της βαθμίδας θερμοκρασίας, η διάθλαση μπορεί να έχει διαφορετικά αποτελέσματα στο εύρος του ορατού ορίζοντα.
Η κατακόρυφη διαβάθμιση θερμοκρασίας σε μια ομοιογενή ατμόσφαιρα στην οποία η πυκνότητα του αέρα δεν μεταβάλλεται με το ύψος, σολ 0 = 3,42°C/100m. Ας εξετάσουμε ποια θα είναι η τροχιά της ακτίνας ΑΒσε διαφορετικές διαβαθμίσεις θερμοκρασίας στην επιφάνεια της Γης.
Αφήστε, δηλ. η θερμοκρασία του αέρα μειώνεται με το υψόμετρο. Κάτω από αυτή την κατάσταση, ο δείκτης διάθλασης μειώνεται επίσης με το ύψος. Η τροχιά της φωτεινής δέσμης σε αυτή την περίπτωση θα είναι στραμμένη προς την επιφάνεια της γης με την κοίλη πλευρά της (στο Σχ. 2.9 η τροχιά ΑΒ¢). Αυτή η διάθλαση ονομάζεται θετική. Το πιο μακρινό σημείο ΣΕ¢ ο παρατηρητής θα δει προς την κατεύθυνση της τελευταίας εφαπτομένης στη διαδρομή ακτίνων. Αυτή η εφαπτομένη, δηλ. ο ορίζοντας που είναι ορατός λόγω διάθλασης είναι ίσος με τον μαθηματικό ορίζοντα NASγωνία D, μικρότερη από τη γωνία ρε. Γωνία ρεείναι η γωνία μεταξύ του μαθηματικού και του γεωμετρικού ορίζοντα χωρίς διάθλαση. Έτσι, ο ορατός ορίζοντας έχει αυξηθεί κατά μια γωνία ( ρε-Δ) και επεκτάθηκε γιατί ρε > D0.
Τώρα ας το φανταστούμε σολσταδιακά μειώνεται, δηλ. Η θερμοκρασία μειώνεται όλο και πιο αργά με το υψόμετρο. Θα έρθει μια στιγμή που η διαβάθμιση θερμοκρασίας θα γίνει μηδέν (ισοθερμία) και στη συνέχεια η βαθμίδα θερμοκρασίας θα γίνει αρνητική. Η θερμοκρασία δεν μειώνεται πλέον, αλλά αυξάνεται με το υψόμετρο, δηλ. παρατηρείται αναστροφή θερμοκρασίας. Καθώς η διαβάθμιση θερμοκρασίας μειώνεται και διέρχεται από το μηδέν, ο ορατός ορίζοντας θα ανεβαίνει όλο και πιο ψηλά και θα έρθει μια στιγμή που το D γίνεται ίσο με μηδέν. Ο ορατός γεωδαιτικός ορίζοντας θα ανέλθει στον μαθηματικό. Η επιφάνεια της γης φαινόταν να ισιώνεται και να γίνεται επίπεδη. Το εύρος γεωδαιτικής ορατότητας είναι απείρως μεγάλο. Η ακτίνα καμπυλότητας της δέσμης έγινε ίση με την ακτίνα της υδρογείου.
Με μια ακόμη ισχυρότερη αναστροφή θερμοκρασίας, το D γίνεται αρνητικό. Ο ορατός ορίζοντας έχει ανέβει πάνω από τον μαθηματικό. Θα φανεί στον παρατηρητή στο σημείο Α ότι βρίσκεται στον πυθμένα μιας τεράστιας λεκάνης. Λόγω του ορίζοντα, αντικείμενα που βρίσκονται πολύ πέρα από τον γεωδαιτικό ορίζοντα υψώνονται και γίνονται ορατά (σαν να επιπλέουν στον αέρα) (Εικ. 2.10).
Τέτοια φαινόμενα μπορούν να παρατηρηθούν σε πολικές χώρες. Έτσι, από την καναδική ακτή της Αμερικής μέσω του Smith Strait μπορείτε μερικές φορές να δείτε την ακτή της Γροιλανδίας με όλα τα κτίρια πάνω της. Η απόσταση από την ακτή της Γροιλανδίας είναι περίπου 70 km, ενώ το εύρος γεωδαιτικής ορατότητας δεν υπερβαίνει τα 20 km. Ενα άλλο παράδειγμα. ΜΕ Αγγλική πλευράΠορθμός Pas de Calais από το Hastings Μπορούσα να δω τη γαλλική ακτή, που βρίσκεται απέναντι από το στενό σε απόσταση περίπου 75 km.
Εικ.2.10. Το φαινόμενο της ασυνήθιστης διάθλασης στις πολικές χώρες
Τώρα ας το υποθέσουμε σολ=σολ 0, επομένως, η πυκνότητα του αέρα δεν αλλάζει με το ύψος (ομοιογενής ατμόσφαιρα), δεν υπάρχει διάθλαση και D=D 0 .
Στο σολ > σολ 0 ο δείκτης διάθλασης και η πυκνότητα του αέρα αυξάνονται με το υψόμετρο. Σε αυτή την περίπτωση, η τροχιά των ακτίνων φωτός βλέπει την επιφάνεια της γης με την κυρτή πλευρά της. Αυτή η διάθλαση ονομάζεται αρνητική. Το τελευταίο σημείο στη Γη που θα δει ένας παρατηρητής στο Α θα είναι το B². Ο ορατός ορίζοντας AB² στένεψε και έπεσε υπό γωνία (D - ρε).
Από όσα εξετάστηκαν μπορούμε να διατυπώσουμε επόμενος κανόνας: εάν κατά τη διάδοση μιας δέσμης φωτός στην ατμόσφαιρα αλλάζει η πυκνότητα του αέρα (και επομένως ο δείκτης διάθλασης), τότε η φωτεινή δέσμη θα λυγίσει έτσι ώστε η τροχιά της να είναι πάντα κυρτή προς την κατεύθυνση της μείωσης της πυκνότητας (και του δείκτη διάθλασης ) του αέρα.
Διάθλαση και αντικατοπτρισμοί
Η λέξη αντικατοπτρισμός είναι γαλλικής προέλευσης και έχει δύο έννοιες: «αντανάκλαση» και «παραπλανητικό όραμα». Και οι δύο έννοιες αυτής της λέξης αντικατοπτρίζουν καλά την ουσία του φαινομένου. Ο αντικατοπτρισμός είναι μια εικόνα ενός αντικειμένου που υπάρχει στην πραγματικότητα στη Γη, συχνά μεγεθυσμένο και πολύ παραμορφωμένο. Υπάρχουν διάφοροι τύποι αντικατοπτρισμών ανάλογα με το πού βρίσκεται η εικόνα σε σχέση με το αντικείμενο: επάνω, κάτω, πλάγιο και σύνθετο. Τα πιο συχνά παρατηρούμενα είναι τα ανώτερα και τα κατώτερα αντικατοπτρίσματα, τα οποία συμβαίνουν όταν υπάρχει μια ασυνήθιστη κατανομή πυκνότητας (και, επομένως, δείκτης διάθλασης) στο ύψος, όταν σε ένα ορισμένο ύψος ή κοντά στην επιφάνεια της Γης υπάρχει ένα σχετικά λεπτό στρώμα πολύ ζεστός αέρας (με χαμηλό δείκτη διάθλασης), στον οποίο οι ακτίνες που προέρχονται από αντικείμενα του εδάφους βιώνουν ολική εσωτερική ανάκλαση. Αυτό συμβαίνει όταν οι ακτίνες πέφτουν σε αυτό το στρώμα σε γωνία μεγαλύτερη από τη γωνία της συνολικής εσωτερικής ανάκλασης. Αυτό το θερμότερο στρώμα αέρα παίζει το ρόλο ενός καθρέφτη αέρα, αντανακλώντας τις ακτίνες που πέφτουν σε αυτό.
Τα ανώτερα αντικατοπτρίσματα (Εικ. 2.11) συμβαίνουν παρουσία ισχυρών θερμοκρασιακών αναστροφών, όταν η πυκνότητα του αέρα και ο δείκτης διάθλασης μειώνονται γρήγορα με το ύψος. Σε ανώτερους αντικατοπτρισμούς, η εικόνα βρίσκεται πάνω από το αντικείμενο.
Εικ.2.11. Superior Mirage
Οι τροχιές των φωτεινών ακτίνων φαίνονται στο σχήμα (2.11). Ας υποθέσουμε ότι η επιφάνεια της γης είναι επίπεδη και στρώματα ίσης πυκνότητας βρίσκονται παράλληλα προς αυτήν. Εφόσον η πυκνότητα μειώνεται με το ύψος, τότε . Το θερμό στρώμα, το οποίο λειτουργεί ως καθρέφτης, βρίσκεται σε ύψος. Σε αυτό το στρώμα, όταν η γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων γίνεται ίση με τον δείκτη διάθλασης (), οι ακτίνες περιστρέφονται πίσω στην επιφάνεια της γης. Ο παρατηρητής μπορεί να δει ταυτόχρονα το ίδιο το αντικείμενο (αν δεν είναι πέρα από τον ορίζοντα) και μία ή περισσότερες εικόνες πάνω από αυτό - όρθια και ανεστραμμένα.
Εικ.2.12. Σύνθετος ανώτερος αντικατοπτρισμός
Στο Σχ. Το σχήμα 2.12 δείχνει ένα διάγραμμα της εμφάνισης ενός πολύπλοκου ανώτερου αντικατοπτρισμού. Το ίδιο το αντικείμενο είναι ορατό αβ, από πάνω του υπάρχει μια άμεση εικόνα του a¢b¢, ανεστραμμένο σε²b²και πάλι απευθείας a²¢b²¢. Ένας τέτοιος αντικατοπτρισμός μπορεί να συμβεί εάν η πυκνότητα του αέρα μειώνεται με το υψόμετρο, πρώτα αργά, μετά γρήγορα και πάλι αργά. Η εικόνα εμφανίζεται ανάποδα εάν οι ακτίνες που προέρχονται από τα ακραία σημεία του αντικειμένου τέμνονται. Εάν ένα αντικείμενο είναι μακριά (πέρα από τον ορίζοντα), τότε το ίδιο το αντικείμενο μπορεί να μην είναι ορατό, αλλά οι εικόνες του, ανυψωμένες ψηλά στον αέρα, είναι ορατές από μεγάλες αποστάσεις.
Η πόλη Lomonosov βρίσκεται στην ακτή Κόλπος της Φινλανδίας 40 χλμ από την Αγία Πετρούπολη. Συνήθως από Lomonosov Αγία Πετρούπολη δεν είναι ορατή καθόλου ή είναι ορατή πολύ άσχημα. Μερικές φορές η Αγία Πετρούπολη είναι ορατή «με μια ματιά». Αυτό είναι ένα παράδειγμα ανώτερων αντικατοπτρισμών.
Προφανώς, ο αριθμός των ανώτερων αντικατοπτρισμών θα πρέπει να περιλαμβάνει τουλάχιστον μέρος των αποκαλούμενων φαντασμάτων, που αναζητήθηκαν για δεκαετίες στην Αρκτική και δεν βρέθηκαν ποτέ. Έψαξαν για το Sannikov Land για ιδιαίτερα μεγάλο χρονικό διάστημα.
Ο Yakov Sannikov ήταν κυνηγός και ασχολούνταν με το εμπόριο γούνας. Το 1811 Ξεκίνησε με σκύλους πέρα από τον πάγο για την ομάδα των Νήσων της Νέας Σιβηρίας και από τη βόρεια άκρη του νησιού Kotelny είδε ένα άγνωστο νησί στον ωκεανό. Δεν μπόρεσε να το φτάσει, αλλά ανέφερε στην κυβέρνηση την ανακάλυψη ενός νέου νησιού. Τον Αύγουστο του 1886 Ο E.V. Tol, κατά τη διάρκεια της αποστολής του στα Νησιά της Νέας Σιβηρίας, είδε επίσης το νησί Sannikov και έγραψε στο ημερολόγιό του: «Ο ορίζοντας είναι εντελώς ξεκάθαρος. Στην κατεύθυνση προς τα βορειοανατολικά, 14-18 μοίρες, ήταν ευδιάκριτα τα περιγράμματα τεσσάρων μεσαίων, τα οποία συνδέονταν με το χαμηλό έδαφος στα ανατολικά. Έτσι, το μήνυμα του Sannikov επιβεβαιώθηκε πλήρως. Έχουμε το δικαίωμα, λοιπόν, να σχεδιάσουμε μια διακεκομμένη γραμμή στο κατάλληλο σημείο του χάρτη και να γράψουμε πάνω της: "Sannikov Land".
Ο Τολ έδωσε 16 χρόνια από τη ζωή του στην αναζήτηση της Γης Σάννικοφ. Οργάνωσε και πραγματοποίησε τρεις αποστολές στην περιοχή των Νήσων της Νέας Σιβηρίας. Κατά τη διάρκεια της τελευταίας αποστολής με τη γολέτα "Zarya" (1900-1902), η αποστολή του Tolya πέθανε χωρίς να βρει τη Γη του Sannikov. Κανείς δεν είδε ξανά το Sannikov Land. Ίσως ήταν ένας αντικατοπτρισμός που εμφανίζεται στο ίδιο μέρος ορισμένες εποχές του χρόνου. Τόσο ο Σάννικοφ όσο και ο Τολ είδαν έναν αντικατοπτρισμό του ίδιου νησιού που βρίσκεται προς αυτή την κατεύθυνση, μόνο πολύ πιο μακριά στον ωκεανό. Ίσως ήταν ένα από τα νησιά De Long. Ίσως ήταν ένα τεράστιο παγόβουνο - ένα ολόκληρο νησί πάγου. Τέτοια βουνά πάγου, με έκταση έως και 100 km2, ταξιδεύουν στον ωκεανό για αρκετές δεκαετίες.
Ο αντικατοπτρισμός δεν εξαπατούσε πάντα τους ανθρώπους. Ο Άγγλος εξερευνητής των πόλεων Ρόμπερτ Σκοτ το 1902. στην Ανταρκτική είδα βουνά σαν να κρέμονται στον αέρα. Ο Σκοτ πρότεινε ότι υπήρχε μια οροσειρά πιο πέρα από τον ορίζοντα. Και, πράγματι, η οροσειρά ανακαλύφθηκε αργότερα από τον Νορβηγό πολικό εξερευνητή Raoul Amundsen ακριβώς εκεί που ο Scott περίμενε ότι θα βρισκόταν.
Εικ.2.13. Κατώτερο Mirage
Οι κατώτερες αντικατοπτρισμοί (Εικ. 2.13) συμβαίνουν με πολύ γρήγορη μείωση της θερμοκρασίας με το ύψος, δηλ. σε πολύ μεγάλες κλίσεις θερμοκρασίας. Ο ρόλος ενός καθρέφτη αέρα διαδραματίζεται από τη λεπτή επιφάνεια του θερμότερου στρώματος αέρα. Ο αντικατοπτρισμός ονομάζεται κατώτερος αντικατοπτρισμός επειδή η εικόνα ενός αντικειμένου τοποθετείται κάτω από το αντικείμενο. Στους κατώτερους αντικατοπτρισμούς, φαίνεται σαν να υπάρχει μια επιφάνεια νερού κάτω από το αντικείμενο και όλα τα αντικείμενα αντανακλώνται σε αυτήν.
Σε ήρεμα νερά, όλα τα αντικείμενα που στέκονται στην ακτή αντανακλώνται καθαρά. Η αντανάκλαση σε ένα λεπτό στρώμα αέρα που θερμαίνεται από την επιφάνεια της γης είναι εντελώς παρόμοια με την αντανάκλαση στο νερό, μόνο ο ρόλος ενός καθρέφτη παίζει ο ίδιος ο αέρας. Η κατάσταση του αέρα στην οποία συμβαίνουν κατώτεροι αντικατοπτρισμοί είναι εξαιρετικά ασταθής. Εξάλλου, κάτω, κοντά στο έδαφος, βρίσκεται πολύ θερμαινόμενος, άρα ελαφρύτερος, αέρας, και από πάνω βρίσκεται πιο κρύος και βαρύτερος αέρας. Οι πίδακες θερμού αέρα που αναδύονται από το έδαφος διαπερνούν στρώματα κρύου αέρα. Εξαιτίας αυτού, ο αντικατοπτρισμός αλλάζει μπροστά στα μάτια μας, η επιφάνεια του «νερού» φαίνεται να αναταράσσεται. Αρκεί μια μικρή ριπή ανέμου ή ένα σοκ και θα συμβεί κατάρρευση, δηλ. αναποδογυρίζοντας στρώματα αέρα. Βαρύς αέρας θα ορμήσει προς τα κάτω, καταστρέφοντας τον καθρέφτη του αέρα και ο αντικατοπτρισμός θα εξαφανιστεί. Ευνοϊκές συνθήκες για την εμφάνιση κατώτερων αντικατοπτρισμών είναι μια ομοιογενής, επίπεδη υποκείμενη επιφάνεια της Γης, η οποία εμφανίζεται σε στέπες και ερήμους, και ο ηλιόλουστος, απάνεμος καιρός.
Εάν ένας αντικατοπτρισμός είναι μια εικόνα ενός πραγματικά υπάρχοντος αντικειμένου, τότε τίθεται το ερώτημα - ποια εικόνα επιφάνεια νερούβλέπουν οι ταξιδιώτες στην έρημο; Άλλωστε δεν υπάρχει νερό στην έρημο. Το γεγονός είναι ότι η φαινομενική επιφάνεια του νερού ή η λίμνη που είναι ορατή σε έναν αντικατοπτρισμό είναι στην πραγματικότητα μια εικόνα όχι της επιφάνειας του νερού, αλλά του ουρανού. Μέρη του ουρανού αντανακλώνται στον καθρέφτη αέρα και δημιουργούν την πλήρη ψευδαίσθηση μιας γυαλιστερής επιφάνειας νερού. Ένας τέτοιος αντικατοπτρισμός μπορεί να δει όχι μόνο στην έρημο ή στη στέπα. Εμφανίζονται ακόμη και στην Αγία Πετρούπολη και τα περίχωρά της τις ηλιόλουστες μέρες πάνω από ασφαλτοστρωμένους δρόμους ή μια επίπεδη αμμώδη παραλία.
Εικ.2.14. Πλευρικός αντικατοπτρισμός
Οι πλευρικοί αντικατοπτρισμοί συμβαίνουν σε περιπτώσεις όπου στρώματα αέρα ίδιας πυκνότητας βρίσκονται στην ατμόσφαιρα όχι οριζόντια, ως συνήθως, αλλά λοξά και ακόμη και κατακόρυφα (Εικ. 2.14). Τέτοιες συνθήκες δημιουργούνται το καλοκαίρι, το πρωί λίγο μετά την ανατολή του ηλίου, στις βραχώδεις όχθες της θάλασσας ή της λίμνης, όταν η ακτή είναι ήδη φωτισμένη από τον Ήλιο και η επιφάνεια του νερού και ο αέρας από πάνω είναι ακόμα κρύος. Πλευρικοί αντικατοπτρισμοί έχουν παρατηρηθεί επανειλημμένα στη λίμνη της Γενεύης. Ένας πλαϊνός αντικατοπτρισμός μπορεί να εμφανιστεί κοντά σε έναν πέτρινο τοίχο ενός σπιτιού που θερμαίνεται από τον Ήλιο, ακόμη και στο πλάι μιας θερμαινόμενης σόμπας.
Πολύπλοκοι τύποι αντικατοπτρισμών, ή Fata Morgana, συμβαίνουν όταν υπάρχουν ταυτόχρονα συνθήκες για την εμφάνιση τόσο ενός ανώτερου όσο και ενός κατώτερου αντικατοπτρισμού, για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια μιας σημαντικής αναστροφής θερμοκρασίας σε ένα ορισμένο υψόμετρο πάνω από μια σχετικά ζεστή θάλασσα. Η πυκνότητα του αέρα αρχικά αυξάνεται με το ύψος (η θερμοκρασία του αέρα μειώνεται) και στη συνέχεια μειώνεται επίσης γρήγορα (η θερμοκρασία του αέρα αυξάνεται). Με μια τέτοια κατανομή της πυκνότητας του αέρα, η κατάσταση της ατμόσφαιρας είναι πολύ ασταθής και υπόκειται σε ξαφνικές αλλαγές. Επομένως, η εμφάνιση του αντικατοπτρισμού αλλάζει μπροστά στα μάτια μας. Οι πιο συνηθισμένοι βράχοι και τα σπίτια, λόγω αλλεπάλληλων παραμορφώσεων και μεγεθύνσεων, μετατρέπονται στα υπέροχα κάστρα της νεράιδας Μοργκάνα μπροστά στα μάτια μας. Η Fata Morgana παρατηρείται στα ανοικτά των ακτών της Ιταλίας και της Σικελίας. Μπορεί όμως να εμφανιστεί και σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη. Έτσι περιέγραψε ο διάσημος Σιβηρικός εξερευνητής F.P. Wrangel τη Fata Morgana που είδε στο Nizhnekolymsk: «Η δράση της οριζόντιας διάθλασης παρήγαγε ένα είδος Fata Morgana. Τα βουνά που βρίσκονται στα νότια μας φάνηκαν με διάφορες παραμορφωμένες μορφές και κρέμονται στον αέρα. Τα μακρινά βουνά έμοιαζαν να έχουν αναποδογυρίσει τις κορυφές τους. Το ποτάμι στένεψε σε σημείο που η απέναντι όχθη φαινόταν να είναι σχεδόν στις καλύβες μας».
