Ada arus udara dingin dan panas di atmosfer. Jika lapisan hangat berada di atas lapisan dingin, pusaran udara terbentuk, di bawah pengaruh sinar cahaya yang membelok, dan posisi bintang berubah.
Kecerahan bintang berubah karena sinar yang menyimpang secara tidak tepat terkonsentrasi secara tidak merata di permukaan planet. Pada saat yang sama, seluruh lanskap terus bergeser dan berubah karena fenomena atmosfer, misalnya karena angin. Pengamat bintang menemukan dirinya berada di area yang lebih terang, atau, sebaliknya, di area yang lebih teduh.
Jika ingin menyaksikan kerlap-kerlip bintang, perlu diingat bahwa di puncaknya, dalam suasana tenang, fenomena ini hanya bisa dideteksi sesekali. Jika Anda mengalihkan pandangan Anda ke benda-benda langit yang lebih dekat ke cakrawala, Anda akan menemukan bahwa benda-benda itu lebih berkelap-kelip. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa Anda melihat bintang-bintang melalui lapisan udara yang lebih padat, dan karenanya, menembus pandangan Anda. jumlah yang lebih besar aliran udara. Anda tidak akan melihat perubahan warna bintang yang terletak di ketinggian lebih dari 50°. Namun Anda akan sering menemukan perubahan warna pada bintang di bawah 35°. Sirius berkedip sangat indah, berkilauan dengan semua warna spektrum, terutama di dalamnya bulan-bulan musim dingin, rendah di atas cakrawala.
Kelap-kelip bintang yang kuat membuktikan heterogenitas atmosfer yang terkait dengan berbagai fenomena meteorologi. Oleh karena itu, banyak orang yang mengira bahwa kedipan itu berkaitan dengan cuaca. Seringkali ia memperoleh kekuatan pada tekanan atmosfer rendah, suhu lebih rendah, kelembaban tinggi, dll. Namun keadaan atmosfer bergantung pada hal ini jumlah besar berbagai faktor, Ada apa saat ini Tidak mungkin memprediksi cuaca hanya dengan kerlap-kerlip bintang.
Fenomena ini menyimpan misteri dan ambiguitasnya. Diasumsikan semakin intensif saat senja. Bisa jadi ilusi penglihatan, dan akibat dari perubahan atmosfer yang tidak biasa yang sering terjadi pada waktu-waktu seperti ini. Kerlap-kerlip bintang diyakini disebabkan oleh cahaya utara. Namun hal ini sangat sulit dijelaskan, mengingat cahaya utara terletak di ketinggian lebih dari 100 km. Selain itu, masih menjadi misteri mengapa bintang putih lebih sedikit berkelap-kelip dibandingkan bintang merah.
Bintang adalah matahari. Orang pertama yang menemukan kebenaran ini adalah seorang ilmuwan asal Italia. Tanpa berlebihan, namanya diketahui semua orang dunia modern. Inilah Giordano Bruno yang legendaris. Ia berpendapat bahwa di antara bintang-bintang terdapat yang serupa dengan Matahari dalam ukuran, suhu permukaannya, dan bahkan warna, yang secara langsung bergantung pada suhu. Selain itu, ada bintang yang sangat berbeda dari Matahari - raksasa dan super raksasa.
Tabel peringkat
Keberagaman bintang-bintang yang tak terhitung jumlahnya di langit memaksa para astronom untuk menetapkan keteraturan di antara bintang-bintang tersebut. Untuk melakukan hal ini, para ilmuwan memutuskan untuk membagi bintang-bintang ke dalam kelas-kelas yang sesuai dengan luminositasnya. Misalnya, bintang yang memancarkan cahaya beberapa ribu kali lebih banyak daripada Matahari disebut raksasa. Sebaliknya, bintang dengan luminositas minimal adalah bintang katai. Para ilmuwan telah menemukan bahwa Matahari, menurut karakteristik ini, adalah bintang biasa.
apakah cahayanya berbeda?
Pada suatu waktu, para astronom mengira bintang-bintang bersinar berbeda karena lokasinya yang berbeda dari Bumi. Namun tidak demikian. Para astronom telah menemukan bahwa bahkan bintang-bintang yang terletak pada jarak yang sama dari Bumi dapat memiliki kecerahan yang sangat berbeda. Kecerahan ini tidak hanya bergantung pada jarak, tapi juga pada suhu bintang itu sendiri. Untuk membandingkan bintang berdasarkan kecerahannya, para ilmuwan menggunakan satuan pengukuran tertentu - magnitudo absolut. Hal ini memungkinkan kita menghitung radiasi sebenarnya dari sebuah bintang. Dengan menggunakan metode ini, para ilmuwan menghitung bahwa hanya ada 20 bintang paling terang di langit.
Mengapa warna bintang berbeda-beda?
Ditulis di atas bahwa para astronom membedakan bintang berdasarkan ukuran dan luminositasnya. Namun, ini bukanlah klasifikasi keseluruhan mereka. Selain ukuran dan kecerahannya, semua bintang juga diklasifikasikan berdasarkan warnanya masing-masing. Faktanya adalah cahaya yang mendefinisikan bintang tertentu memiliki radiasi gelombang. Ini cukup singkat. Meskipun panjang gelombang cahayanya minimum, bahkan perbedaan terkecil dalam ukuran gelombang cahaya secara dramatis mengubah warna bintang, yang secara langsung bergantung pada suhu permukaannya. Misalnya, jika Anda memanaskan wajan besi, warnanya akan sesuai.
Spektrum warna sebuah bintang adalah semacam paspor yang paling menentukannya karakteristik. Misalnya, Matahari dan Capella (bintang yang mirip Matahari) diidentifikasi oleh para astronom sebagai satu dan sama. Keduanya memiliki warna kuning pucat dan suhu permukaan 6000°C. Selain itu, spektrumnya mengandung zat yang sama: garis, natrium, dan besi.
Bintang seperti Betelgeuse atau Antares umumnya memiliki ciri khas warna merah. Suhu permukaannya 3000°C dan mengandung titanium oksida. Bintang seperti Sirius dan Vega berwarna putih. Suhu permukaannya 10.000°C. Spektrumnya memiliki garis hidrogen. Ada juga bintang dengan suhu permukaan 30.000°C - ini adalah Orionis yang berwarna putih kebiruan.
Pernahkah Anda bertanya-tanya mengapa bintang tidak terlihat di langit pada siang hari? Bagaimanapun, udara di siang hari sama transparannya dengan di malam hari. Intinya di sini adalah pada siang hari atmosfer menyebarkan sinar matahari.
Bayangkan Anda berada di ruangan yang cukup terang di malam hari. Melalui kaca jendela, cahaya terang yang terletak di luar terlihat cukup jelas. Namun objek dengan pencahayaan redup hampir mustahil untuk dilihat. Namun, begitu Anda mematikan lampu di dalam ruangan, kaca tidak lagi menjadi penghalang bagi penglihatan kita.
Hal serupa terjadi ketika mengamati langit: pada siang hari, atmosfer di atas kita bersinar terang dan Matahari terlihat melaluinya, namun cahaya lemah dari bintang-bintang jauh tidak dapat menembusnya. Namun setelah Matahari terbenam di bawah cakrawala dan sinar matahari (dan cahaya yang dihamburkan di udara) “padam”, atmosfer menjadi “transparan” dan bintang-bintang dapat diamati.
Lain halnya dengan di luar angkasa. Saat pesawat ruang angkasa naik ke ketinggian, lapisan atmosfer yang padat tetap berada di bawah dan langit secara bertahap menjadi gelap.
Pada ketinggian sekitar 200-300 km, tempat pesawat ruang angkasa berawak biasanya terbang, langit berwarna hitam pekat. Warnanya selalu hitam, meskipun Matahari saat ini berada di bagian yang terlihat.
“Langit benar-benar hitam. Bintang-bintang di langit ini terlihat lebih terang dan lebih jelas terlihat dengan latar belakang langit hitam,” begitulah kosmonot pertama Yu.A. Gagarin menggambarkan kesan luar angkasanya.
Namun tetap saja, bahkan dari pesawat luar angkasa di sisi langit siang hari, tidak semua bintang terlihat, melainkan hanya yang paling terang. Mata terganggu oleh cahaya Matahari dan cahaya Bumi yang menyilaukan.
Jika kita melihat langit dari Bumi, kita akan melihat dengan jelas bahwa semua bintang berkelap-kelip. Mereka tampak memudar, lalu menyala, berkilauan dengan warna berbeda. Dan semakin rendah letak bintang di atas cakrawala, semakin kuat kerlipannya.
Kelap-kelip bintang juga dijelaskan oleh adanya atmosfer. Sebelum mencapai mata kita, cahaya yang dipancarkan bintang melewati atmosfer. Di atmosfer selalu terdapat massa udara yang lebih hangat dan dingin. Kepadatannya tergantung pada suhu udara di suatu daerah tertentu. Melewati dari satu daerah ke daerah lain, sinar cahaya mengalami pembiasan. Arah perambatannya berubah. Oleh karena itu, di beberapa tempat di atas permukaan bumi mereka terkonsentrasi, di tempat lain relatif jarang. Akibat pergerakan massa udara yang konstan, zona-zona ini terus bergeser, dan pengamat dapat melihat peningkatan atau penurunan kecerahan bintang. Tetapi karena sinar-sinar berwarna berbeda tidak dibiaskan secara merata, momen penguatan dan pelemahan warna-warna berbeda tidak terjadi secara bersamaan.
Selain itu, efek optik lain yang lebih kompleks juga dapat memainkan peran tertentu dalam kerlap-kerlip bintang.
Kehadiran lapisan udara hangat dan dingin serta pergerakan massa udara yang intens juga mempengaruhi kualitas gambar teleskopik.
Di manakah kondisi terbaik untuk pengamatan astronomi: di pegunungan atau di dataran, di pantai atau di pedalaman, di hutan atau di gurun? Dan secara umum, mana yang lebih baik bagi para astronom - sepuluh malam tak berawan selama sebulan atau hanya satu malam cerah, tapi malam saat udara sangat jernih dan tenang?
Ini hanya sebagian kecil dari permasalahan yang harus diselesaikan ketika memilih lokasi pembangunan observatorium dan pemasangan teleskop besar. Bidang ilmu khusus yang menangani masalah seperti itu adalah astroklimatologi.
Tentu saja, kondisi terbaik untuk pengamatan astronomi adalah di luar lapisan padat atmosfer, di luar angkasa. Ngomong-ngomong, bintang-bintang di sini tidak berkelap-kelip, tapi menyala dengan cahaya yang dingin dan tenang.
Rasi bintang yang familiar terlihat sama persis di luar angkasa seperti di Bumi. Bintang-bintang berada pada jarak yang sangat jauh dari kita, dan menjauh dari permukaan bumi sejauh beberapa ratus kilometer tidak dapat mengubah apa pun dalam penampakannya. posisi relatif. Bahkan jika diamati dari Pluto, garis besar konstelasinya akan tetap sama.
Selama satu orbit dari pesawat ruang angkasa yang bergerak orbit bumi yang rendah, pada prinsipnya, Anda dapat melihat semua konstelasi langit bumi. Mengamati bintang dari luar angkasa memiliki dua kepentingan: astronomi dan navigasi. Secara khusus, sangat penting untuk mengamati cahaya bintang yang tidak diubah oleh atmosfer.
Navigasi berdasarkan bintang tidak kalah pentingnya di luar angkasa. Dengan mengamati bintang “referensi” yang telah dipilih sebelumnya, Anda tidak hanya dapat mengarahkan kapal, tetapi juga menentukan posisinya di luar angkasa.
Sejak lama, para astronom memimpikan adanya observatorium masa depan di permukaan Bulan. Tampaknya tidak adanya atmosfer sama sekali akan menciptakan kondisi ideal di satelit alami Bumi untuk pengamatan astronomi baik pada malam lunar maupun pada siang hari lunar.
Ada banyak hal menarik di dunia. Kelap-kelip bintang merupakan salah satu fenomena yang paling menakjubkan. Berapa banyak keyakinan berbeda yang dikaitkan dengan fenomena ini! Hal yang tidak diketahui selalu menakutkan dan menarik pada saat yang bersamaan. Apa sifat dari fenomena ini?
Pengaruh atmosfer
Para astronom telah melakukannya penemuan yang menarik: Kelap-kelip bintang tidak ada hubungannya dengan perubahannya. Lalu kenapa bintang berkelap-kelip di langit malam? Ini semua tentang pergerakan atmosfer aliran udara dingin dan panas. Ketika lapisan hangat melewati lapisan dingin, pusaran udara terbentuk. Di bawah pengaruh pusaran ini, sinar cahaya terdistorsi. Beginilah cara sinar cahaya membelok, mengubah posisi bintang.
Fakta menariknya adalah bintang tidak berkelap-kelip sama sekali. Visi ini tercipta di bumi. Mata pengamat mengamati cahaya yang berasal dari sebuah bintang setelah melewati atmosfer. Oleh karena itu, ketika ditanya mengapa bintang berkelap-kelip, kita dapat menjawab bahwa bintang tidak berkelap-kelip, namun fenomena yang kita amati di bumi adalah distorsi cahaya yang berpindah dari sebuah bintang melalui lapisan atmosfer udara. Jika pergerakan udara seperti itu tidak terjadi, maka kerlipan tidak akan teramati, bahkan dari bintang terjauh di angkasa.
Penjelasan ilmiah
Jika kita memperluas pertanyaan mengapa bintang berkelap-kelip secara lebih rinci, perlu dicatat bahwa proses ini diamati ketika cahaya dari sebuah bintang berpindah dari lapisan atmosfer yang lebih padat ke lapisan atmosfer yang kurang padat. Selain itu, seperti disebutkan di atas, lapisan-lapisan ini terus bergerak relatif satu sama lain. Dari hukum fisika kita mengetahui bahwa udara hangat naik, dan sebaliknya, udara dingin tenggelam. Saat cahaya melewati batas lapisan inilah kita mengamati kedipan.
Melewati lapisan udara dengan kepadatan berbeda, cahaya bintang mulai berkedip, garis luarnya kabur dan gambarnya diperbesar. Pada saat yang sama, intensitas radiasi dan kecerahannya juga berubah. Jadi, dengan mempelajari dan mengamati proses yang dijelaskan di atas, para ilmuwan memahami mengapa bintang berkelap-kelip, dan intensitas kedipannya bervariasi. Dalam sains, perubahan intensitas cahaya ini disebut sintilasi.
Planet dan bintang: apa bedanya?
Fakta menarik lainnya adalah tidak semua benda kosmik bercahaya menghasilkan cahaya yang berasal dari fenomena kilau. Mari kita ambil planetnya. Mereka juga memantulkan sinar matahari, tapi tidak berkedip. Berdasarkan sifat radiasinya, sebuah planet dapat dibedakan dari sebuah bintang. Ya, cahaya bintang berkelap-kelip, namun cahaya planet tidak.
Sejak zaman kuno, umat manusia telah belajar bernavigasi di luar angkasa menggunakan bintang. Pada masa ketika instrumen presisi belum ditemukan, langit membantu menemukan jalan yang benar. Dan saat ini pengetahuan ini tidak kehilangan maknanya. Astronomi sebagai ilmu pengetahuan dimulai pada abad ke-16, ketika teleskop pertama kali ditemukan. Saat itulah mereka mulai mengamati dengan cermat cahaya bintang-bintang dan mempelajari hukum-hukum yang membuat mereka berkelap-kelip. Kata astronomi diterjemahkan dari bahasa Yunani itu adalah “hukum bintang-bintang.”
Ilmu Bintang
Astronomi mempelajari Alam Semesta dan benda-benda langit, pergerakannya, lokasinya, strukturnya, dan asal usulnya. Berkat perkembangan ilmu pengetahuan, para astronom telah menjelaskan perbedaan bintang yang berkelap-kelip di langit dengan planet, bagaimana perkembangan terjadi benda langit, sistem mereka, satelit. Ilmu pengetahuan ini telah melampaui batas-batas tata surya. Pulsar, quasar, nebula, asteroid, galaksi, lubang hitam, materi antarbintang dan antarplanet, komet, meteorit, dan segala sesuatu yang berhubungan dengannya luar angkasa, mempelajari ilmu astronomi.
Intensitas dan warna kerlap-kerlip cahaya bintang juga dipengaruhi oleh ketinggian atmosfer dan kedekatannya dengan cakrawala. Sangat mudah untuk memperhatikan bahwa bintang-bintang yang terletak di dekatnya bersinar lebih terang dan berkilau dalam berbagai warna. Tontonan ini menjadi sangat indah malam yang dingin atau tepat setelah hujan. Pada saat-saat seperti ini, langit tidak berawan, sehingga menghasilkan kedipan yang lebih terang. Sirius memiliki pancaran cahaya yang istimewa.
Suasana dan cahaya bintang
Jika Anda ingin mengamati kerlap-kerlip bintang, perlu Anda pahami bahwa dengan suasana tenang di puncaknya, hal ini hanya mungkin terjadi sesekali. Kecerahan fluks cahaya terus berubah. Hal ini sekali lagi disebabkan oleh pembelokan sinar cahaya yang terkonsentrasi secara tidak merata di atas permukaan bumi. Angin juga mempengaruhi bentangan bintang. Dalam hal ini, pengamat panorama bintang terus-menerus menemukan dirinya bergantian berada di area yang gelap atau terang.
Saat mengamati bintang yang terletak di ketinggian lebih dari 50°, perubahan warna tidak akan terlihat. Namun bintang yang suhunya di bawah 35° akan cukup sering berkelap-kelip dan berubah warna. Kedipan yang sangat intens menunjukkan heterogenitas atmosfer, yang berhubungan langsung dengan meteorologi. Saat mengamati kerlap-kerlip bintang, diketahui bahwa kerlap-kerlip bintang cenderung meningkat pada tekanan dan suhu atmosfer rendah. Peningkatan kedipan juga terlihat seiring dengan meningkatnya kelembapan. Namun, tidak mungkin memprediksi cuaca dengan menggunakan kilau. Keadaan atmosfer bergantung pada sejumlah besar faktor berbeda, yang tidak memungkinkan kita menarik kesimpulan tentang cuaca hanya dari kerlap-kerlip bintang. Tentu saja ada beberapa hal yang berhasil, namun fenomena ini masih memiliki ambiguitas dan misteri tersendiri.
Melewati atmosfer bumi, sinar cahaya berubah arah lurus. Akibat peningkatan kepadatan atmosfer, pembiasan sinar cahaya meningkat saat mendekati permukaan bumi. Akibatnya, pengamat melihat benda-benda langit seolah-olah terangkat ke atas cakrawala dengan sudut yang disebut refraksi astronomi.
Pembiasan adalah salah satu sumber utama kesalahan observasi sistematis dan acak. Pada tahun 1906 Newcomb menulis bahwa tidak ada cabang astronomi praktis yang telah banyak ditulis selain refraksi, dan yang berada dalam kondisi yang tidak memuaskan. Hingga pertengahan abad ke-20, para astronom mengurangi pengamatannya menggunakan tabel refraksi yang disusun pada abad ke-19. Kelemahan utama dari semua teori lama adalah pemahaman yang tidak akurat tentang struktur atmosfer bumi.
Mari kita ambil permukaan bumi AB sebagai bola dengan jari-jari OA=R, dan bayangkan atmosfer bumi berupa lapisan-lapisan yang konsentris dengannya. aw, 1 dalam 1, dan 2 dalam 2...dengan kepadatan yang meningkat ketika lapisan tersebut mendekati permukaan bumi (Gbr. 2.7). Kemudian sinar SA dari suatu benda yang sangat jauh, dibiaskan di atmosfer, akan sampai di titik A dengan arah S¢A, menyimpang dari posisi awalnya SA atau dari arah S²A sejajar dengannya dengan sudut tertentu S¢AS²= R, disebut refraksi astronomi. Semua elemen sinar lengkung SA dan arah akhir semu AS¢ akan terletak pada bidang vertikal yang sama ZAOS. Akibatnya, pembiasan astronomi hanya meningkatkan arah sebenarnya dari benda termasyhur pada bidang vertikal yang melewatinya.
Ketinggian sudut suatu bintang di atas cakrawala dalam astronomi disebut ketinggian bintang. Sudut S¢AH = h¢ adalah tinggi semu bintang, dan sudut S²AH = h = h¢ - r adalah tinggi sebenarnya. Sudut z adalah jarak puncak sebenarnya dari termasyhur, dan z¢ adalah nilai terlihatnya.
Besarnya pembiasan bergantung pada banyak faktor dan dapat berubah di setiap tempat di Bumi, bahkan dalam satu hari. Untuk kondisi rata-rata, diperoleh rumus perkiraan pembiasan:
Dh=-0,9666ctg jam¢. (2.1)
Koefisien 0,9666 sesuai dengan kepadatan atmosfer pada suhu +10°C dan tekanan 760 mm Hg. Jika sifat atmosfer berbeda, maka koreksi refraksi yang dihitung menurut rumus (2.1) harus dikoreksi dengan koreksi suhu dan tekanan.
Gambar 2.7.Refraksi astronomi
Untuk memperhitungkan pembiasan astronomi dalam metode penentuan astronomi zenithal, suhu dan tekanan udara diukur selama pengamatan jarak puncak bintang-bintang. Dalam metode penentuan astronomi yang tepat, jarak puncak bintang-bintang diukur dalam kisaran 10° hingga 60°. Batas atas disebabkan oleh kesalahan instrumen, batas bawah disebabkan oleh kesalahan tabel refraksi.
Jarak puncak bintang, dikoreksi dengan koreksi refraksi, dihitung dengan rumus:
Refraksi rata-rata (normal pada suhu +10°C dan tekanan 760 mm Hg.), dihitung dengan z¢;
Koefisien yang memperhitungkan suhu udara, dihitung dari nilai suhu;
B– koefisien dengan mempertimbangkan tekanan udara.
Banyak ilmuwan mempelajari teori refraksi. Awalnya, asumsi awal adalah kepadatan berbagai lapisan atmosfer berkurang seiring bertambahnya ketinggian lapisan tersebut perkembangan aritmatika(Booge). Namun asumsi ini segera dianggap tidak memuaskan dalam segala hal, karena menyebabkan nilai bias yang terlalu kecil dan penurunan suhu yang terlalu cepat seiring dengan ketinggian di atas permukaan bumi.
Newton berhipotesis bahwa kepadatan atmosfer berkurang seiring dengan ketinggian sesuai dengan hukum perkembangan geometri. Dan hipotesis ini ternyata tidak memuaskan. Berdasarkan hipotesis tersebut, ternyata suhu di seluruh lapisan atmosfer harus tetap konstan dan sama dengan suhu di permukaan bumi.
Yang paling cerdik adalah hipotesis Laplace, yang berada di antara dua hipotesis di atas. Tabel refraksi yang diterbitkan setiap tahun dalam kalender astronomi Perancis didasarkan pada hipotesis Laplace ini.
Atmosfer bumi dengan ketidakstabilannya (turbulensi, variasi bias) membatasi keakuratan pengamatan astronomi dari Bumi.
Saat memilih lokasi untuk memasang instrumen astronomi besar, pertama-tama astroklimat di area tersebut dipelajari secara komprehensif, yang dipahami sebagai sekumpulan faktor yang mendistorsi bentuk muka gelombang radiasi dari benda langit yang melewati atmosfer. Jika muka gelombang mencapai perangkat tidak terdistorsi, maka perangkat dalam hal ini dapat beroperasi dengan efisiensi maksimum (dengan resolusi mendekati resolusi teoretis).
Ternyata, kualitas gambar teleskopik menurun terutama karena gangguan yang ditimbulkan oleh lapisan dasar atmosfer. Bumi, karena radiasi termalnya sendiri di malam hari, mendingin secara signifikan dan mendinginkan lapisan udara di sekitarnya. Perubahan suhu udara sebesar 1°C mengubah indeks biasnya sebesar 10 -6. Di puncak gunung yang terisolasi, ketebalan lapisan udara tanah dengan perbedaan suhu (gradien) yang signifikan dapat mencapai beberapa puluh meter. Di lembah dan daerah datar pada malam hari, lapisan ini jauh lebih tebal dan tingginya bisa ratusan meter. Hal ini menjelaskan pemilihan lokasi observatorium astronomi di puncak pegunungan dan puncak terpencil, tempat udara dingin yang lebih padat dapat mengalir ke lembah. Ketinggian menara teleskop dipilih sedemikian rupa sehingga instrumen terletak di atas wilayah utama ketidakhomogenan suhu.
Faktor penting dalam astroklimat adalah angin di lapisan permukaan atmosfer. Dengan bercampurnya lapisan udara dingin dan hangat menyebabkan munculnya ketidakhomogenan kepadatan pada kolom udara di atas perangkat. Ketidakhomogenan yang dimensinya lebih kecil dari diameter teleskop menyebabkan pengaburan gambar. Fluktuasi kepadatan yang lebih besar (beberapa meter atau lebih besar) tidak menyebabkan distorsi tajam pada muka gelombang dan terutama menyebabkan perpindahan daripada pengaburan gambar.
Di lapisan atas atmosfer (di tropopause), fluktuasi kepadatan dan indeks bias udara juga diamati. Namun gangguan pada tropopause tidak terlalu mempengaruhi kualitas gambar yang dihasilkan oleh instrumen optik, karena gradien suhu di sana jauh lebih kecil dibandingkan di lapisan permukaan. Lapisan-lapisan ini tidak menimbulkan getaran, melainkan kerlap-kerlip bintang.
Dalam studi astroklimatik, hubungan dibuat antara jumlah hari cerah yang dicatat oleh layanan cuaca dan jumlah malam yang sesuai untuk pengamatan astronomi. Daerah yang paling menguntungkan menurut analisis astroklimatik wilayah tersebut bekas Uni Soviet, adalah beberapa daerah pegunungan di negara-negara Asia Tengah.
Pembiasan terestrial
Sinar benda di darat, jika menempuh lintasan yang cukup jauh di atmosfer, juga akan mengalami pembiasan. Lintasan sinar dibengkokkan di bawah pengaruh pembiasan, dan kita melihatnya di tempat yang salah atau arah yang salah dari tempat sebenarnya. Dalam kondisi tertentu, sebagai akibat dari pembiasan bumi, muncul fatamorgana - gambaran palsu dari objek yang jauh.
Sudut bias terestrial a adalah sudut antara arah posisi semu dan posisi sebenarnya benda yang diamati (Gbr. 2.8). Besarnya sudut a bergantung pada jarak ke benda yang diamati dan gradien suhu vertikal pada lapisan permukaan atmosfer tempat terjadinya perambatan sinar dari benda di permukaan.
Gambar.2.8. Manifestasi pembiasan terestrial selama penampakan:
a) – dari bawah ke atas, b) – dari atas ke bawah, a – sudut bias bumi
Rentang visibilitas geodetik (geometris) dikaitkan dengan refraksi terestrial (Gbr. 2.9). Misalkan pengamat berada di titik A pada ketinggian tertentu hH di atas permukaan bumi dan mengamati cakrawala searah titik B. Bidang NAN adalah bidang mendatar yang melalui titik A tegak lurus jari-jari bola bumi, disebut bidang cakrawala matematika. Jika sinar cahaya merambat lurus di atmosfer, maka titik terjauh di bumi yang dapat dilihat oleh pengamat dari titik A adalah titik B. Jarak ke titik ini (garis singgung AB ke bola bumi) adalah jarak pandang geodetik (atau geometris). D 0 . Garis melingkar di permukaan bumi yang eksplosif merupakan cakrawala geodetik (atau geometris) pengamat. Nilai D 0 hanya ditentukan oleh parameter geometri: jari-jari bumi R dan tinggi h H pengamat dan sama dengan D o ≈ √ 2Rh H = 3,57√ h H, yang berikut dari Gambar 2.9.
Gambar.2.9. Refraksi terestrial: cakrawala matematis (NN) dan geodetik (BB), rentang visibilitas geodetik (AB=D 0)
Jika seorang pengamat mengamati suatu benda yang terletak pada ketinggian h di atas permukaan bumi, maka rentang geodetik adalah jarak AC = 3,57(√ jam H + √ jam pr). Pernyataan ini benar jika cahaya merambat lurus melalui atmosfer. Tapi itu tidak benar. Dengan distribusi suhu dan kepadatan udara di lapisan tanah yang normal, garis lengkung yang menggambarkan lintasan berkas cahaya menghadap Bumi dengan sisi cekungnya. Oleh karena itu, titik terjauh yang dilihat oleh pengamat dari A bukanlah B, melainkan B¢. Rentang visibilitas geodetik AB¢, dengan memperhitungkan refraksi, rata-rata akan lebih besar 6-7% dan alih-alih koefisien 3,57, rumus akan memiliki koefisien 3,82. Rentang geodetik dihitung menggunakan rumus
, h - dalam m, D - dalam km, R - 6378 km
Di mana H n dan H pr – dalam meter, D - dalam kilometer.
Bagi orang yang tingginya rata-rata, jarak cakrawala di Bumi adalah sekitar 5 km. Untuk kosmonot V.A. Shatalov dan A.S. Eliseev, yang terbang lebih jauh pesawat ruang angkasa"Soyuz-8", jangkauan cakrawala pada perigee (ketinggian 205 km) adalah 1730 km, dan pada puncak (ketinggian 223 km) - 1800 km.
Untuk gelombang radio, pembiasan hampir tidak bergantung pada panjang gelombang, namun selain suhu dan tekanan, pembiasan juga bergantung pada kandungan uap air di udara. Dalam kondisi perubahan suhu dan tekanan yang sama, gelombang radio dibiaskan lebih kuat daripada gelombang cahaya, terutama pada kelembapan tinggi.
Oleh karena itu, dalam rumus menentukan jangkauan horizon atau mendeteksi suatu objek dengan pancaran radar di depan akar akan terdapat koefisien sebesar 4,08. Akibatnya, cakrawala sistem radar berjarak sekitar 11% lebih jauh.
Gelombang radio dipantulkan dengan baik dari permukaan bumi dan dari batas bawah inversi atau lapisan dengan kelembaban rendah. Dalam pandu gelombang unik yang dibentuk oleh permukaan bumi dan dasar inversi, gelombang radio dapat merambat dalam jarak yang sangat jauh. Fitur perambatan gelombang radio ini berhasil digunakan dalam radar.
Suhu udara di lapisan tanah, terutama di bagian bawahnya, tidak selalu turun seiring dengan ketinggian. Ia dapat berkurang dengan kecepatan yang berbeda-beda, tidak berubah seiring dengan ketinggian (isotermia) dan dapat bertambah seiring dengan ketinggian (inversi). Bergantung pada besaran dan tanda gradien suhu, pembiasan dapat mempunyai efek berbeda pada rentang cakrawala tampak.
Gradien suhu vertikal dalam atmosfer homogen di mana kepadatan udara tidak berubah terhadap ketinggian, G 0 = 3,42°C/100m. Mari kita perhatikan seperti apa lintasan sinarnya AB pada gradien suhu yang berbeda di permukaan bumi.
Biarkan , yaitu. suhu udara menurun seiring dengan ketinggian. Dalam kondisi ini, indeks bias juga menurun seiring dengan ketinggian. Lintasan berkas cahaya dalam hal ini akan menghadap permukaan bumi dengan sisi cekungnya (pada Gambar 2.9 lintasannya AB¢). Pembiasan ini disebut positif. Titik terjauh DI DALAM¢ pengamat akan melihat ke arah garis singgung terakhir jalur sinar. Garis singgung ini, yaitu. cakrawala yang terlihat akibat pembiasan sama dengan cakrawala matematika NAS sudut D, kurang dari sudut D. Sudut D adalah sudut antara cakrawala matematis dan geometri tanpa pembiasan. Jadi, cakrawala tampak telah naik dengan sudut ( D- D) dan diperluas karena D > D0.
Sekarang mari kita bayangkan itu G secara bertahap menurun, yaitu Suhu menurun semakin lambat seiring dengan ketinggian. Akan tiba saatnya gradien suhu menjadi nol (isotermia), dan kemudian gradien suhu menjadi negatif. Suhu tidak lagi menurun, tetapi meningkat seiring ketinggian, yaitu. inversi suhu diamati. Ketika gradien suhu menurun dan melewati nol, cakrawala yang terlihat akan naik semakin tinggi dan akan tiba saatnya D menjadi sama dengan nol. Cakrawala geodetik yang tampak akan naik ke cakrawala matematis. Permukaan bumi tampak lurus dan rata. Kisaran visibilitas geodetik sangat besar. Jari-jari kelengkungan sinar menjadi sama dengan jari-jari bola bumi.
Dengan inversi suhu yang lebih kuat, D menjadi negatif. Cakrawala yang terlihat telah melampaui cakrawala matematis. Bagi pengamat di titik A, ia akan tampak berada di dasar cekungan yang sangat besar. Karena adanya horizon, objek-objek yang terletak jauh di luar horizon geodesi naik dan menjadi terlihat (seolah-olah melayang di udara) (Gbr. 2.10).
Fenomena seperti ini dapat diamati di negara-negara kutub. Jadi, dari pesisir Kanada Amerika melalui Selat Smith terkadang Anda bisa melihat pantai Greenland dengan segala bangunan di atasnya. Jarak ke pantai Greenland sekitar 70 km, sedangkan jarak pandang geodesi tidak lebih dari 20 km. Contoh lain. DENGAN Sisi Inggris Selat Pas de Calais dari Hastings Saya dapat melihat pantai Prancis, terletak di seberang selat pada jarak sekitar 75 km.
Gambar.2.10. Fenomena pembiasan yang tidak biasa di negara-negara kutub
Sekarang mari kita asumsikan itu G=G 0, oleh karena itu massa jenis udara tidak berubah terhadap ketinggian (atmosfer homogen), tidak ada pembiasan dan D=D 0 .
Pada G > G 0 indeks bias dan kepadatan udara meningkat seiring ketinggian. Dalam hal ini lintasan sinar cahaya menghadap permukaan bumi dengan sisi cembungnya. Pembiasan ini disebut negatif. Titik terakhir di Bumi yang dilihat oleh pengamat di A adalah B². Cakrawala tampak AB² menyempit dan miring (D - D).
Dari apa yang telah diperhatikan dapat kita rumuskan aturan selanjutnya: jika sepanjang rambat berkas cahaya di atmosfer massa jenis udara (dan indeks biasnya) berubah, maka berkas cahaya tersebut akan membelok sehingga lintasannya selalu cembung ke arah penurunan massa jenis (dan indeks biasnya). ) dari udara.
Pembiasan dan fatamorgana
Kata fatamorgana berasal dari Perancis dan memiliki dua arti: “refleksi” dan “penglihatan yang menipu.” Kedua arti kata ini mencerminkan dengan baik esensi dari fenomena tersebut. Fatamorgana adalah gambaran suatu objek yang benar-benar ada di Bumi, sering kali diperbesar dan sangat terdistorsi. Ada beberapa jenis fatamorgana tergantung di mana letak gambar dalam kaitannya dengan objek: atas, bawah, samping, dan kompleks. Fatamorgana yang paling sering diamati adalah fatamorgana superior dan inferior, yang terjadi ketika terdapat distribusi kepadatan yang tidak biasa (dan, oleh karena itu, indeks bias) pada ketinggian, ketika pada ketinggian tertentu atau di dekat permukaan bumi terdapat lapisan yang relatif tipis. udara yang sangat hangat (dengan indeks bias rendah), di mana sinar yang datang dari benda-benda di tanah mengalami pemantulan internal total. Hal ini terjadi ketika sinar jatuh pada lapisan ini dengan sudut yang lebih besar dari sudut pantulan internal total. Lapisan udara yang lebih hangat ini berperan sebagai cermin udara, memantulkan sinar yang jatuh ke dalamnya.
Fatamorgana tingkat tinggi (Gbr. 2.11) terjadi dengan adanya inversi suhu yang kuat, ketika kepadatan udara dan indeks bias menurun dengan cepat seiring dengan ketinggian. Pada fatamorgana superior, bayangan terletak di atas objek.
Gambar.2.11. Fatamorgana Unggul
Lintasan sinar cahaya ditunjukkan pada Gambar (2.11). Misalkan permukaan bumi datar dan lapisan-lapisan yang massa jenisnya sama terletak sejajar dengannya. Karena massa jenis berkurang seiring bertambahnya ketinggian, maka . Lapisan hangat, yang berfungsi sebagai cermin, terletak pada ketinggian. Pada lapisan ini, ketika sudut datang sinar sama dengan indeks bias (), sinar-sinar tersebut berputar kembali ke permukaan bumi. Pengamat dapat secara bersamaan melihat objek itu sendiri (jika tidak berada di luar cakrawala) dan satu atau lebih gambar di atasnya - tegak dan terbalik.
Gambar 2.12. Fatamorgana superior yang kompleks
Pada Gambar. Gambar 2.12 menunjukkan diagram terjadinya fatamorgana atas yang kompleks. Objeknya sendiri terlihat ab, di atasnya ada gambar langsung dirinya a¢b¢, terbalik di²b² dan sekali lagi langsung a²¢b²¢. Fatamorgana seperti itu dapat terjadi jika kepadatan udara menurun seiring dengan ketinggian, mula-mula secara perlahan, kemudian dengan cepat, dan kemudian secara perlahan. Bayangan menjadi terbalik jika sinar-sinar yang datang dari titik-titik ekstrim benda berpotongan. Jika suatu benda berada jauh (di luar cakrawala), maka benda itu sendiri mungkin tidak terlihat, tetapi bayangannya, yang terangkat tinggi di udara, dapat terlihat dari jarak yang sangat jauh.
Kota Lomonosov terletak di tepi pantai Teluk Finlandia 40 km dari St. Biasanya dari Lomonosov St. Petersburg tidak terlihat sama sekali atau terlihat sangat buruk. Terkadang Sankt Peterburg terlihat “sekilas”. Ini adalah salah satu contoh fatamorgana yang unggul.
Rupanya, jumlah fatamorgana atas harus mencakup setidaknya sebagian dari apa yang disebut Negeri Hantu, yang telah dicari selama beberapa dekade di Kutub Utara dan tidak pernah ditemukan. Mereka mencari Tanah Sannikov untuk waktu yang lama.
Yakov Sannikov adalah seorang pemburu dan terlibat dalam perdagangan bulu. Pada tahun 1811 Dia berangkat dengan anjing melintasi es ke gugusan Kepulauan Siberia Baru dan dari ujung utara Pulau Kotelny melihat sebuah pulau tak dikenal di lautan. Ia tidak mampu mencapainya, namun melaporkan penemuan pulau baru tersebut kepada pemerintah. Pada bulan Agustus 1886 E.V. Tol, selama ekspedisinya ke Kepulauan Siberia Baru, juga melihat Pulau Sannikov dan menulis dalam buku hariannya: “cakrawalanya sangat jelas. Ke arah timur laut, 14-18 derajat, terlihat jelas kontur empat mesa yang menghubungkan dengan dataran rendah di sebelah timur. Dengan demikian, pesan Sannikov sepenuhnya terkonfirmasi. Oleh karena itu, kami berhak menggambar garis putus-putus di tempat yang sesuai pada peta dan menulis di atasnya: “Tanah Sannikov”.
Tol mengabdikan 16 tahun hidupnya untuk mencari Tanah Sannikov. Ia mengatur dan melakukan tiga ekspedisi ke kawasan Kepulauan Siberia Baru. Selama ekspedisi terakhir dengan sekunar “Zarya” (1900-1902), ekspedisi Tolya berakhir tanpa menemukan Tanah Sannikov. Tidak ada yang melihat Sannikov Land lagi. Mungkin itu adalah fatamorgana yang muncul di tempat yang sama pada waktu-waktu tertentu dalam setahun. Baik Sannikov maupun Tol melihat fatamorgana dari pulau yang sama yang terletak di arah ini, hanya saja lebih jauh lagi di lautan. Mungkin itu salah satu Pulau De Long. Mungkin itu adalah gunung es yang sangat besar – seluruh pulau es. Pegunungan es seperti itu, dengan luas hingga 100 km2, melintasi lautan selama beberapa dekade.
Fatamorgana tidak selalu menipu orang. Penjelajah kutub Inggris Robert Scott pada tahun 1902. di Antartika saya melihat gunung-gunung seolah-olah menggantung di udara. Scott berpendapat bahwa ada barisan pegunungan jauh di balik cakrawala. Dan memang benar bahwa pegunungan tersebut kemudian ditemukan oleh penjelajah kutub Norwegia Raoul Amundsen tepat di tempat yang diperkirakan Scott.
Gambar.2.13. Fatamorgana Rendah
Fatamorgana inferior (Gbr. 2.13) terjadi dengan penurunan suhu yang sangat cepat seiring dengan ketinggian, yaitu. pada gradien suhu yang sangat besar. Peran cermin udara dimainkan oleh lapisan udara terhangat di permukaan tipis. Fatamorgana disebut fatamorgana inferior karena bayangan suatu benda diletakkan di bawah benda tersebut. Pada fatamorgana yang lebih rendah, seolah-olah ada permukaan air di bawah benda dan semua benda terpantul di dalamnya.
Di air yang tenang, semua benda yang berdiri di tepi pantai terpantul dengan jelas. Pemantulan pada lapisan tipis udara yang dipanaskan dari permukaan bumi sama sekali mirip dengan pemantulan di air, hanya saja peran cermin dilakukan oleh udara itu sendiri. Kondisi udara tempat terjadinya fatamorgana inferior sangatlah tidak stabil. Lagi pula, di bawah, dekat tanah, terdapat udara yang sangat panas, dan karenanya lebih ringan, dan di atasnya terdapat udara yang lebih dingin dan lebih berat. Semburan udara panas yang naik dari tanah menembus lapisan udara dingin. Karena itu, fatamorgana berubah di depan mata kita, permukaan “air” tampak bergejolak. Hembusan angin kecil atau guncangan saja sudah cukup dan akan terjadi keruntuhan, mis. membalikkan lapisan udara. Udara berat akan mengalir turun, menghancurkan cermin udara, dan fatamorgana akan hilang. Kondisi yang menguntungkan untuk terjadinya fatamorgana inferior adalah permukaan bumi yang homogen dan datar, yang terjadi di stepa dan gurun, serta cuaca cerah dan tidak berangin.
Jika fatamorgana adalah gambaran dari suatu benda yang benar-benar ada, maka timbul pertanyaan - gambar apa permukaan air yang dilihat wisatawan di gurun? Lagi pula, tidak ada air di gurun pasir. Faktanya, permukaan air atau danau yang terlihat dalam fatamorgana sebenarnya bukan gambaran permukaan air, melainkan gambaran langit. Sebagian langit terpantul di cermin udara dan menciptakan ilusi permukaan air yang berkilau. Fatamorgana seperti itu tidak hanya bisa dilihat di gurun atau padang rumput. Mereka bahkan muncul di St. Petersburg dan sekitarnya pada hari-hari cerah di atas jalan aspal atau pantai berpasir datar.
Gambar.2.14. Fatamorgana samping
Fatamorgana samping terjadi ketika lapisan udara dengan kepadatan yang sama terletak di atmosfer tidak secara horizontal, seperti biasanya, tetapi miring dan bahkan vertikal (Gbr. 2.14). Kondisi seperti itu tercipta pada musim panas, pada pagi hari sesaat setelah matahari terbit, di tepian laut atau danau yang berbatu-batu, saat pantai tersebut sudah disinari matahari, dan permukaan air serta udara di atasnya masih dingin. Fatamorgana lateral telah berulang kali diamati di Danau Jenewa. Fatamorgana samping dapat muncul di dekat dinding batu rumah yang dipanaskan oleh Matahari, dan bahkan di sisi kompor yang dipanaskan.
Jenis fatamorgana yang kompleks, atau Fata Morgana, terjadi ketika terdapat kondisi simultan untuk kemunculan fatamorgana atas dan bawah, misalnya, selama inversi suhu yang signifikan pada ketinggian tertentu di atas laut yang relatif hangat. Kepadatan udara mula-mula meningkat seiring dengan ketinggian (suhu udara menurun), dan kemudian juga menurun dengan cepat (suhu udara naik). Dengan sebaran kepadatan udara seperti itu, keadaan atmosfer sangat tidak stabil dan mudah berubah secara tiba-tiba. Oleh karena itu, penampakan fatamorgana berubah di depan mata kita. Batuan dan rumah yang paling biasa, karena distorsi dan pembesaran yang berulang kali, berubah menjadi kastil indah peri Morgana di depan mata kita. Fata Morgana diamati di lepas pantai Italia dan Sisilia. Namun bisa juga terjadi di daerah lintang tinggi. Beginilah cara penjelajah Siberia terkenal F.P. Wrangel menggambarkan Fata Morgana yang dilihatnya di Nizhnekolymsk: “Tindakan pembiasan horizontal menghasilkan semacam Fata Morgana. Bagi kami, pegunungan yang terletak di selatan tampak dalam berbagai bentuk terdistorsi dan menggantung di udara. Pegunungan di kejauhan sepertinya puncaknya terbalik. Sungai itu menyempit sampai-sampai tepi seberangnya hampir sampai ke gubuk kami.”
