Албедо на водата. Албедо ефект и глобално затопляне

Общата радиация, достигнала земната повърхност, се абсорбира частично от почвата и водните тела и се превръща в топлина, изразходва се за изпаряване в океаните и моретата и частично се отразява в атмосферата (отразена радиация). Съотношението на погълнатата и отразената лъчиста енергия зависи от естеството на земята, от ъгъла на падане на лъчите върху водната повърхност. Тъй като е практически невъзможно да се измери погълнатата енергия, се определя стойността на отразената енергия.

Отражателната способност на земните и водните повърхности се нарича тяхна албедо. Изчислява се в % от отразената радиация от падането върху дадена повърхност, заедно с ъгъла (по-точно синуса на ъгъла) на падане на лъчите и количеството оптични маси на атмосферата, през която те преминават, е един от най-важните планетарни фактори за формирането на климата.

На сушата албедото се определя от цвета на естествените повърхности. Всяка радиация е в състояние да асимилира напълно черно тяло. Огледалната повърхност отразява 100% от лъчите и не може да се нагрява. От реалните повърхности чистият сняг има най-високо албедо. По-долу са албедото на земните повърхности по природни зони.

Стойността на отразяващата способност на различни повърхности, формираща климата, е изключително висока. В ледените зони на високи географски ширини слънчевата радиация, вече отслабена от преминаването на голям брой оптични маси на атмосферата и падаща върху повърхността под остър ъгъл, се отразява от вечния сняг.

Албедото на водната повърхност за директно излъчване зависи от ъгъла, под който слънчевите лъчи падат върху нея. Вертикалните лъчи проникват дълбоко във водата и тя усвоява топлината им. Наклонените лъчи от водата се отразяват като от огледало и не се нагряват: албедото на водната повърхност при височина на слънцето 90 "е 2%, при височина на слънцето 20 ° - 78%.

Повърхностни изгледи и зонални пейзажи Албедо

Пресен сух сняг…………………………………………… 80-95

Мокър сняг…………………………………………………….. 60-70

Морски лед……………………………………………………….. 30-40

Тундра без снежна покривка………………………….. 18

Стабилна снежна покривка в умерените ширини 70

Същото нестабилно……………………………………….. 38

Иглолистна гора през лятото…………………………………………. 10-15

Същото, със стабилна снежна покривка……….. 45

Широколистна гора през лятото……………………………………. 15-20

Същото, с жълти листа през есента……………….. 30-40

Ливада……………………………………………………………………… 15-25

Степ през лятото……………………………………………………….. 18

Пясък с различни цветове…………………………………….. 25-35

Пустиня………………………………………………………….. 28

Саванав сух сезон……………………………………… 24

Същото, в дъждовния сезон………………………………………. осемнадесет

Цялата тропосфера…………………………………………………… 33

Земята като цяло (планета)…………………………………….. 45

За разсеяната радиация албедото е малко по-малко.
Тъй като 2/3 от площта на земята е заета от океана, усвояването на слънчевата енергия от водната повърхност действа като важен климатообразуващ фактор.

Океаните в субполярните ширини усвояват само малка част от топлината на Слънцето, която достига до тях. Тропическите морета, напротив, поглъщат почти цялата слънчева енергия. Албедото на водната повърхност, подобно на снежната покривка на полярните страни, задълбочава зоналната диференциация на климата.

В умерения пояс отразяващата способност на повърхностите засилва разликата между сезоните на годината. През септември и март Слънцето е на еднаква височина над хоризонта, но март е по-студен от септември, тъй като слънчевите лъчи се отразяват от снежната покривка. Появата на първите жълти листа през есента, а след това слана и временен сняг увеличават албедото и понижават температурата на въздуха. Стабилната снежна покривка, причинена от ниските температури, ускорява охлаждането и по-нататъшното намаляване на зимните температури.

Дългосрочната тенденция на албедо е насочена към охлаждане. През последните години сателитните измервания показват лека тенденция.

Промяната на албедото на Земята е потенциално мощно въздействие върху климата. С увеличаването на албедото или отразяващата способност повече слънчева светлина се отразява обратно в космоса. Това има охлаждащ ефект върху глобалните температури. Напротив, намаляването на албедото нагрява планетата. Промяна в албедото от само 1% дава радиационен ефект от 3,4 W/m2, сравним с ефекта от удвояването на CO2. Как албедото повлия на глобалните температури през последните десетилетия?

Тенденции на албедото до 2000 г

Албедото на Земята се определя от няколко фактора. Снегът и ледът отразяват добре светлината, така че когато се стопят, албедото намалява. Горите имат по-ниско албедо от откритите пространства, така че обезлесяването увеличава албедото (да кажем, че обезлесяването няма да спре глобалното затопляне). Аерозолите имат пряк и косвен ефект върху албедото. Прякото влияние е отразяването на слънчевата светлина в пространството. Непряк ефект е действието на аерозолните частици като центрове на кондензация на влага, което влияе върху образуването и живота на облаците. Облаците от своя страна влияят на глобалните температури по няколко начина. Те охлаждат климата, като отразяват слънчевата светлина, но могат да имат и топлинен ефект, като задържат изходящото инфрачервено лъчение.

Всички тези фактори трябва да се вземат предвид, когато се сумират различните радиационни въздействия, които определят климата. Промяната в земеползването се изчислява от исторически реконструкции на промените в състава на обработваемата земя и пасищата. Наблюденията от сателити и от земята позволяват да се определят тенденциите в нивото на аерозолите и албедото на облаците. Може да се види, че облачното албедо е най-силният фактор от различните видове албедо. Дългосрочната тенденция е към охлаждане, въздействието е -0,7 W/m2 от 1850 до 2000 г.

Фиг.1 Средногодишно общо радиационно въздействие(Глава 2 от AR4 на IPCC).

Тенденции в албедото от 2000 г.

Един от начините за измерване на албедото на Земята е чрез пепелявата светлина на Луната. Това е слънчева светлина, първо отразена от Земята и след това отразена обратно към Земята от Луната през нощта. Пепелната светлина на Луната се измерва от слънчевата обсерватория Big Bear от ноември 1998 г. (редица измервания бяха направени и през 1994 г. и 1995 г.). Фиг. 2 показва промените в албедото от реконструкция на сателитни данни (черна линия) и от измервания на светлината от лунна пепел (синя линия) (Пале 2004).

Фиг.2 Промени в албедото, реконструирани от сателитни данни на ISCCP (черна линия) и промени в пепелната светлина на луната (черна линия). Дясната вертикална скала показва отрицателното радиационно въздействие (т.е. охлаждане) (Palle 2004).

Данните на фигура 2 са проблематични. Черна линия, реконструкция на сателитни данни на ISCCP" е чисто статистически параметър и има малко физическо значение, тъй като не отчита нелинейните връзки между свойствата на облака и повърхността и планетарното албедо, нито включва промени в аерозолното албедо, като тези, свързани с планината Пинатубо или антропогенни сулфатни емисии(Реален климат).

Още по-проблематичен е пикът на албедото около 2003 г., видим в синята пепеляво светла линия на луната. Това силно противоречи на сателитните данни, показващи лека тенденция към този момент. За сравнение можем да си припомним изригването на Пинатубо през 1991 г., което изпълни атмосферата с аерозоли. Тези аерозоли отразяват слънчевата светлина, създавайки отрицателно радиационно въздействие от 2,5 W/m2. Това драстично понижи глобалната температура. След това данните за пепелната светлина показаха експозиция от почти -6 W/m2, което трябваше да означава още по-голям спад на температурата. През 2003 г. не е имало подобни събития. (Wielicki 2007).

През 2008 г. е открита причината за несъответствието. Обсерваторията Big Bear инсталира нов телескоп за измерване на лунната пепелна светлина през 2004 г. С новите подобрени данни те калибрираха старите си данни и преразгледаха оценките си за албедо (Palle 2008). Ориз. 3 показва старите (черна линия) и актуализираните (синя линия) стойности на албедото. Аномалният пик от 2003 г. изчезна. Въпреки това тенденцията на нарастване на албедото от 1999 до 2003 г. се запазва.

Ориз. 3 Промяна в албедото на Земята според измерванията на пепелявата светлина на Луната. Черната линия е промените в албедото от публикация от 2004 г. (Palle 2004). Синя линия - актуализирани промени в албедото след подобрена процедура за анализ на данни, включва също данни за по-дълъг период от време (Palle 2008).

Колко точно се определя албедото от пепелявата светлина на луната? Методът не е глобален по обхват. Засяга около една трета от Земята при всяко наблюдение, някои области винаги остават "невидими" от мястото на наблюдение. В допълнение, измерванията са редки и се правят в тесен диапазон на дължината на вълната от 0,4-0,7 µm (Bender 2006).

За разлика от това, сателитните данни като CERES са глобално измерване на късовълновата радиация на Земята, включително всички ефекти от свойствата на повърхността и атмосферата. В сравнение с измерванията на пепелна светлина, те покриват по-широк диапазон (0,3-5,0 µm). Анализът на данните от CERES не показва дългосрочна тенденция на албедо от март 2000 г. до юни 2005 г. Сравнението с три независими масива от данни (MODIS, MISR и SeaWiFS) показва „забележително съответствие“ за всичките 4 резултата (Loeb 2007a).

Ориз. 4 Месечни промени в средния поток CERES SW TOA и фракцията на облака MODIS ().

Албедото оказва влияние върху глобалните температури - най-вече в посока на охлаждане в дългосрочна тенденция. От гледна точка на последните тенденции, данните от пепелявата светлина показват увеличение на албедото от 1999 до 2003 г. с малка промяна след 2003 г. Сателитите показват малка промяна от 2000 г. Радиационното въздействие от промените в албедото е минимално през последните години.

За да разберем процесите, които влияят на климата на нашата планета, нека си припомним някои термини.

Парников ефект- това е повишаването на температурата на долните слоеве на атмосферата в сравнение с температурата на топлинното излъчване на планетата. Същността на явлението се състои в това, че повърхността на планетата поглъща слънчева радиация, главно във видимия диапазон и, нагрявайки се, я излъчва обратно в космоса, но вече в инфрачервения диапазон. Значителна част от инфрачервеното лъчение на Земята се абсорбира от атмосферата и частично се преизлъчва към Земята. Този ефект на взаимно излъчване на топлина в долните слоеве на атмосферата се нарича парников ефект. Парниковият ефект е естествен елемент от топлинния баланс на Земята. Без парниковия ефект средната повърхностна температура на планетата би била -19°C вместо реалните +14°C. През последните няколко десетилетия различни национални и международни организации защитават хипотезата, че човешката дейност води до увеличаване на парниковия ефект, а оттам и до допълнително нагряване на атмосферата. В същото време има и алтернативни гледни точки, като например свързването на температурните промени в земната атмосфера с естествените цикли на слънчевата активност.(1)

Петият доклад за оценка на Междуправителствения панел по изменението на климата (2013-2014) посочва, че с вероятност над 95%, човешкото влияние е доминиращата причина за затопляне, наблюдавано от средата на 20-ти век. Последователността на наблюдаваните и изчислените промени в цялата климатична система показва, че наблюдаваните промени в климата са причинени основно от увеличения на атмосферните концентрации на парникови газове, дължащи се на човешки дейности.

Настоящото изменение на климата в Русия като цяло трябва да се характеризира като продължаващо затопляне със скорост повече от два и половина пъти средната скорост на глобалното затопляне.(2)

дифузно отражение- това е отражение на падащия върху повърхността светлинен поток, при което отражението става под ъгъл, различен от падащия. Дифузно отражение става, ако повърхностните неравности са от порядъка на дължината на вълната (или я надвишават) и са подредени произволно. (3)

Земно албедо(A.Z.) - Процентът на слънчевата радиация, отделена от земното кълбо (заедно с атмосферата) обратно в световното пространство, към слънчевата радиация, която е достигнала границата на атмосферата. Връщането на слънчевата радиация от Земята се състои от отражение от земната повърхност, разсейване на пряка радиация от атмосферата в световното пространство (обратно разсейване) и отражение от горната повърхност на облаците. А. 3. във видимата част на спектъра (визуална) - около 40%. За интегралния поток на слънчевата радиация интегралната (енергийна) А. 3. е около 35%. При отсъствие на облаци, визуалното A. 3. би било около 15%. (четири)

Спектрален диапазон на електромагнитното излъчване на Слънцето- се простира от радиовълни до рентгенови лъчи. Максимумът на неговия интензитет обаче пада върху видимата (жълто-зелена) част от спектъра. На границата на земната атмосфера ултравиолетовата част от слънчевия спектър е 5%, видимата част е 52% и инфрачервената част е 43%, на повърхността на Земята ултравиолетовата част е 1%, видимата част е 40% а инфрачервената част от слънчевия спектър е 59%. (5)

слънчева константа- общата мощност на слънчевата радиация, преминаваща през една зона, ориентирана перпендикулярно на потока, на разстояние една астрономическа единица от Слънцето извън земната атмосфера. Според извънатмосферни измервания слънчевата константа е 1367 W/m².(3)

Площ на земната повърхност– 510 072 000 км2.

1. Главна част.

Промените в съвременния климат (по посока на затопляне) се наричат ​​глобално затопляне.

Най-простият механизъм на глобалното затопляне е следният.

Слънчевата радиация, навлизаща в атмосферата на нашата планета, се отразява средно с 35%, което е интегралното албедо на Земята. По-голямата част от остатъка се абсорбира от повърхността, която се нагрява. Останалото се поема от растенията чрез фотосинтеза.

Нагрятата повърхност на Земята започва да излъчва в инфрачервения диапазон, но това лъчение не излиза в космоса, а се забавя от парникови газове. Няма да разглеждаме видовете парникови газове. Колкото повече парникови газове, толкова повече топлина излъчват обратно към Земята и съответно по-висока става средната температура на земната повърхност.

Парижкото споразумение, споразумение съгласно Рамковата конвенция на ООН за изменението на климата, разглежда необходимостта от „задържане на покачванията на глобалната средна температура „доста под“ 2°C и „полагане на усилия“ за ограничаване на повишаването на температурата до 1,5°C“. Но в него, освен намаляване на емисиите на парникови газове, няма алгоритъм за решаване на този проблем.

Като се има предвид, че Съединените щати се оттеглиха от това споразумение на 01 юни 2017 г., е необходим нов международен проект. И Русия може да го предложи.

Основното предимство на новото споразумение трябва да бъде ясен и ефективен механизъм за смекчаване на въздействието на парниковите газове върху климата на Земята.

Най-интересният начин за намаляване на въздействието на парниковите газове върху климата може да бъде увеличаването на средното албедо на Земята.

Нека го разгледаме по-отблизо.

В Русия има около 625 000 км пътища, покрити с асфалт, в Китай и САЩ - общо с порядък повече.

Дори ако приемем, че всички пътища в Русия са еднолентови и категория 4 (което само по себе си е абсурдно), тогава минималната ширина ще бъде 3 м (според SNiP 2.07.01-89). Пътната площ ще бъде 1875 км2. Или 1 875 000 000 м2.

Слънчевата константа извън атмосферата, както си спомняме, е 1,37 kW/m2.

За да опростим, нека вземем средната лента, където слънчевата енергия на земната повърхност (средна стойност за годината) ще бъде приблизително равна на 0,5 kW/m2.

Получаваме, че мощността на слънчевата радиация пада по пътищата на Руската федерация 937 500 000 вата.

Сега разделяме това число на 2. Земята се върти. Оказва се 468 750 000 вата.

Средното интегрално албедо на асфалта е 20%.

Чрез добавяне на пигмент или счупено стъкло, видимото албедо на асфалта може да се увеличи до 40%. Пигментът трябва спектрално да съответства на обхвата на излъчване на нашата звезда. Тези. имат жълто-зелен цвят. Но, в същото време - да не влошава физическите характеристики на асфалтобетона и да бъде максимално евтин и лесен за синтез.

С постепенната замяна на стар асфалтобетон с нов, в процеса на естествено износване на първия, общото увеличение на мощността на отразената радиация ще бъде 469 MW x 0,4 (видима част от слънчевия спектър) x0,2 ( разлика между старото и новото албедо) 37,5 MW.

Ние не вземаме предвид инфрачервения компонент на спектъра, т.к ще се абсорбира от парникови газове.

В целия свят тази стойност ще бъде над 500 MW. Това е 0,00039% от общата входяща мощност на радиация към Земята. И за да се премахне парниковият ефект, е необходимо да се отрази мощността с 3 порядъка повече.

Ситуацията на планетата ще се влоши и топенето на ледниците, т.к. тяхното албедо е много високо.

Общата радиация, достигаща до земната повърхност, не се поглъща напълно от нея, а частично се отразява от земята. Следователно, когато се изчислява пристигането на слънчева енергия за дадено място, е необходимо да се вземе предвид отразяващата способност на земната повърхност. Отражението на радиацията възниква и от повърхността на облаците. Съотношението на целия поток от късовълнова радиация Rk, отразена от дадена повърхност във всички посоки, към радиационния поток Q, падащ на тази повърхност, се нарича албедо(A) дадена повърхност. Тази стойност

показва каква част от падащата на повърхността лъчиста енергия се отразява от нея. Албедото често се изразява като процент. Тогава

(1.3)

В табл. № 1.5 дава стойностите на албедото за различни видове земна повърхност. От данните в табл. 1.5 показва, че прясно падналият сняг има най-висока отразяваща способност. В някои случаи се наблюдава снежно албедо до 87%, а в условията на Арктика и Антарктика дори до 95%. Опакованият, разтопен и дори по-замърсен сняг отразява много по-малко. Албедо на различни почви и растителност, както следва от табл. 4, се различават относително леко. Многобройни изследвания показват, че албедото често се променя през деня.

Най-високите стойности на албедото се наблюдават сутрин и вечер. Това се обяснява с факта, че отразяващата способност на грубите повърхности зависи от ъгъла на падане на слънчевата светлина. При вертикално падане слънчевите лъчи проникват по-дълбоко в растителната покривка и се абсорбират там. При ниска височина на слънцето лъчите проникват по-малко в растителността и се отразяват в по-голяма степен от нейната повърхност. Албедото на водните повърхности е средно по-малко от албедото на земната повърхност. Това се обяснява с факта, че слънчевите лъчи (късовълновата зелено-синя част от слънчевия спектър) проникват до голяма степен в прозрачните за тях горни слоеве на водата, където се разпръскват и абсорбират. В тази връзка степента на нейната мътност влияе върху отразяващата способност на водата.

Таблица № 1.5

При замърсена и мътна вода албедото се увеличава значително. За разсеяната радиация албедото на водата е средно около 8-10%. За пряката слънчева радиация албедото на водната повърхност зависи от височината на слънцето: с намаляване на височината на слънцето стойността на албедото се увеличава. Така че, при голямо падане на лъчите, само около 2-5% се отразяват. Когато слънцето е ниско над хоризонта, се отразяват 30-70%. Отражателната способност на облаците е много висока. Средното албедо на облака е около 80%. Познавайки стойността на албедото на повърхността и стойността на общата радиация, е възможно да се определи количеството радиация, погълната от дадена повърхност. Ако A е албедото, тогава стойността a \u003d (1-A) е коефициентът на поглъщане на дадена повърхност, показващ каква част от радиацията, падаща върху тази повърхност, се абсорбира от нея.

Например, ако общ радиационен поток Q = 1,2 cal / cm 2 min пада върху повърхността на зелена трева (A \u003d 26%), тогава процентът на абсорбираната радиация ще бъде

Q \u003d 1 - A \u003d 1 - 0,26 \u003d 0,74, или a \u003d 74%,

и количеството погълната радиация

B абсорбира \u003d Q (1 - A) \u003d 1,2 0,74 \u003d 0,89 cal / cm2 мин.

Албедото на водната повърхност силно зависи от ъгъла на падане на слънчевите лъчи, тъй като чистата вода отразява светлината според закона на Френел.

където З П – зенитен ъгъл на слънцето З 0 е ъгълът на пречупване на слънчевите лъчи.

При положение на Слънцето в зенита, албедото на повърхността на спокойно море е 0,02. С увеличаване на зенитния ъгъл на Слънцето З П албедото се увеличава и достига 0,35 ат З П\u003d 85. Вълнението на морето води до промяна З П , и значително намалява обхвата на стойностите на албедото, тъй като се увеличава като цяло З нпоради увеличаване на вероятността лъчите да попаднат на наклонена вълнова повърхност.Вълнението влияе върху отразяващата способност не само поради наклона на вълновата повърхност спрямо слънчевите лъчи, но и поради образуването на въздушни мехурчета във водата. Тези мехурчета разсейват светлината до голяма степен, увеличавайки дифузната радиация, излизаща от морето. Ето защо по време на високо морско вълнение, когато се появяват пяна и агнета, албедото се увеличава под въздействието и на двата фактора Разсеяната радиация навлиза във водната повърхност под различни ъгли.безоблачно небе. Зависи и от разпределението на облаците в небето. Следователно албедото на морската повърхност за дифузна радиация не е постоянно. Но границите на неговите колебания са по-тесни 1 от 0,05 до 0,11.Следователно албедото на водната повърхност за обща радиация варира в зависимост от височината на Слънцето, съотношението между пряката и разсеяната радиация, вълните на морската повърхност.Трябва да се има предвид като се има предвид, че северните части на океаните са силно покрити с морски лед. В този случай трябва да се вземе предвид и албедото на леда. Както знаете, значителни площи от земната повърхност, особено в средни и високи географски ширини, са покрити с облаци, които силно отразяват слънчевата радиация. Следователно познаването на албедото на облака е от голям интерес. Специални измервания на албедото на облаците са извършени с помощта на самолети и балони. Те показаха, че албедото на облаците зависи от тяхната форма и дебелина.Албедото на висококупестите и слоестокупестите облаци има най-високи стойности.облаци Cu - Sc - около 50%.

Най-пълните данни за албедото на облака са получени в Украйна. Зависимостта на албедото и предавателната функция p от дебелината на облаците, която е резултат от систематизирането на данните от измерванията, е дадена в табл. 1.6. Както може да се види, увеличаването на дебелината на облака води до увеличаване на албедото и намаляване на предавателната функция.

Средно албедо за облаци Свсъс средна дебелина 430 m е 73%, за облаци Сспри средна дебелина 350 m - 66%, а пропускателните функции за тези облаци са съответно 21 и 26%.

Албедото на облаците зависи от албедото на земната повърхност. r 3 над който се намира облакът. От физическа гледна точка е ясно, че колкото повече r 3 , толкова по-голям е потокът от отразена радиация, преминаващ нагоре през горната граница на облака. Тъй като албедото е съотношението на този поток към входящия, увеличаването на албедото на земната повърхност води до увеличаване на албедото на облаците.Изследването на свойствата на облаците да отразяват слънчевата радиация е извършено с помощта на изкуствени спътници на Земята чрез измерване на яркостта на облаците Средните стойности на албедото на облака, получени от тези данни, са дадени в таблица 1.7.

Таблица 1.7 - Средни стойности на албедо на облаци с различни форми

Според тези данни албедото на облака варира от 29 до 86%. Заслужава да се отбележи фактът, че перестите облаци имат малко албедо в сравнение с други форми на облаци (с изключение на купестите). Само циростратусните облаци, които са по-дебели, до голяма степен отразяват слънчевата радиация (r= 74%).

Проблемът с астероидно-кометната опасност, т.е. заплахата от сблъсък между Земята и малките тела на Слънчевата система, днес се признава като сложен глобален проблем, пред който е изправено човечеството. В тази колективна монография за първи път са обобщени данни по всички аспекти на проблема. Разгледани са съвременните представи за свойствата на малките тела на Слънчевата система и еволюцията на техния ансамбъл, проблемите на откриването и наблюдението на малки тела. Обсъждат се въпроси за оценка на нивото на заплаха и възможните последствия от падане на тела на Земята, начини за защита и намаляване на щетите, както и начини за развитие на вътрешно и международно сътрудничество по този глобален проблем.

Книгата е предназначена за широк кръг читатели. Учени, учители, докторанти и студенти от различни специалности, включително преди всичко астрономия, физика, геонауки, космически техници и, разбира се, читатели, които се интересуват от наука, ще намерят много интересни неща за себе си.

Книга:

<<< Назад

Напред >>>

Астероидите, както всички тела на Слънчевата система, с изключение на централното тяло, светят от отразената светлина на Слънцето. При наблюдение окото регистрира светлинния поток, разпръснат от астероида към Земята и преминаващ през зеницата. Характеристика на субективното усещане на светлинен поток с различна интензивност, идващ от астероиди, е техният блясък. Именно този термин (а не яркост) се препоръчва за използване в научната литература. Всъщност окото реагира на осветяването на ретината, т.е. на светлинния поток на единица площ от площта, перпендикулярна на зрителната линия, на разстояние от Земята. Осветеността е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието на астероида от Земята. Като се има предвид, че потокът, разпръснат от астероид, е обратно пропорционален на квадрата на разстоянието му от Слънцето, можем да заключим, че осветеността на Земята е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието от астероида до Слънцето и до Земята. По този начин, ако обозначим осветяването, създадено от астероид, разположен на разстояние r от Слънцето и? от Земята, през E, а през E 1 - осветеността, създадена от едно и също тяло, но разположено на единица разстояние от Слънцето и от Земята, тогава

E \u003d E 1 r -2? -2 . (3.2)

В астрономията осветеността обикновено се изразява в звездни величини. Интервал на осветеност от една величина е отношението на осветеността, създадена от два източника, при което осветеността от единия от тях е 2,512 пъти по-голяма от осветеността, създадена от другия. В по-общ случай формулата на Погсън е валидна:

E m1 /E m2 = 2,512 (m2-m1) , (3.3)

където E m1 - осветеност от източник с магнитуд m 1, E m2 - осветеност от източник с величина m 2 (колкото по-малка е осветеността, толкова по-голяма е величината). От тези формули следва зависимостта на яркостта на астероида m, изразена в величини, от разстоянието r от Слънцето и? от земята:

m = m 0 + 5 lg(r?), (3.4)

където m 0 е така наречената абсолютна величина на астероида, числено равна на величината, която астероидът би имал, ако е на разстояние 1 AU. от Слънцето и Земята и при нулев фазов ъгъл (припомнете си, че фазовият ъгъл е ъгълът при астероида между посоките към Земята и към Слънцето). Очевидно такава конфигурация от три тела не може да се реализира в природата.

Формула (3.4) не описва напълно промяната в яркостта на астероида по време на неговото орбитално движение. Всъщност яркостта на астероида зависи не само от разстоянието му от Слънцето и Земята, но и от фазовия ъгъл. Тази зависимост е свързана, от една страна, с наличието на повреда (неосветената от Слънцето част от астероида) при наблюдение от Земята под ненулев фазов ъгъл, а от друга страна, с микро - и макроструктура на повърхността.

Трябва да се има предвид, че астероидите от Главния пояс могат да се наблюдават само при относително малки фазови ъгли, до около 30°.

До 80-те години. 20-ти век Смяташе се, че добавянето на член, пропорционален на фазовия ъгъл към формула (3.4), прави възможно сравнително добре да се вземе предвид промяната в яркостта в зависимост от фазовия ъгъл:

m = m0 + 5 lg(r?) + k?, (3.5)

където? - фазов ъгъл. Коефициентът на пропорционалност k, макар и различен за различните астероиди, варира главно в диапазона 0,01–0,05 m/°.

Увеличаването на величината m с увеличаване на фазовия ъгъл съгласно формула (3.5) е линейно, m 0 е ординатата на пресечната точка на фазовата крива (всъщност права) с вертикалата при r = ? = 1 и? = 0°.

По-нови проучвания показват, че фазовата крива на астероидите е сложна. Линейно намаляване на яркостта (увеличаване на величината на обекта) с увеличаване на фазовия ъгъл се извършва само в диапазона от приблизително 7° до 40°, след което започва нелинейно намаляване. От друга страна, при фазови ъгли, по-малки от 7°, се осъществява така нареченият опозиционен ефект - нелинейно нарастване на яркостта с намаляване на фазовия ъгъл (фиг. 3.15).

Ориз. 3.15. Магнитуд спрямо фазов ъгъл за астероид (1862) Аполо

От 1986 г. за изчисляване на видимата величина на астероидите във V-лъчите (визуалната лента на спектъра на фотометричната система UBV) се използва по-сложна полуемпирична формула, която позволява по-точно да се опише промяната в яркостта в диапазона на фазовите ъгли от 0° до 120° . Формулата изглежда така

V = H + 5 lg(r?) - 2,5 lg[(1 - G)? 1+G? 2]. (3.6)

Тук H е абсолютната величина на астероида във V-лъчите, G е така нареченият параметър на наклона, ? 1 и? 2 - функции на фазов ъгъл, определени от следните изрази:

I = exp (- A i B i ), i = 1, 2,

A 1 = 3,33, A 2 = 1,87, B 1 = 0,63, B 2 = 1,22.

След като са определени елементите на орбитата и следователно r, ? и? може да се изчисли, формула (3.6) дава възможност да се намери абсолютната звездна величина, ако има наблюдения на видимата звездна величина. За да се определи параметърът G, са необходими наблюдения на видимата величина при различни фазови ъгли. Понастоящем стойността на параметъра G е определена от наблюдения само за 114 астероида, включително няколко NEA. Установените стойности на G варират от –0,12 до 0,60. За други астероиди стойността на G се приема за 0,15.

Потокът от слънчева лъчиста енергия във видимия диапазон на дължини на вълните, падащ върху повърхността на астероид, е обратно пропорционален на квадрата на разстоянието му от Слънцето и зависи от размера на астероида. Този поток се абсорбира частично от повърхността на астероида, нагрява го и частично се разпръсква във всички посоки. Съотношението на потока, разпръснат във всички посоки, към падащия поток се нарича сферично албедо A. То характеризира отразяващата способност на повърхността на астероида.

Сферичното албедо обикновено се представя като продукт на два фактора:

Първият фактор p, наречен геометрично албедо, е отношението на яркостта на реално небесно тяло при нулев фазов ъгъл към яркостта на абсолютно бял диск със същия радиус като небесното тяло, разположен перпендикулярно на слънчевите лъчи в същото разстояние от Слънцето и Земята като самото небесно тяло. Вторият фактор q, наречен фазов интеграл, зависи от формата на повърхността.

В противоречие с името си, геометричното албедо определя зависимостта на разсейването на падащия поток не от геометрията на тялото, а от физическите свойства на повърхността. Именно геометричните стойности на албедото са дадени в таблиците и се имат предвид, когато говорим за отразяващата способност на астероидните повърхности.

Албедото не зависи от размера на тялото. Той е тясно свързан с минералогичния състав и микроструктурата на повърхностните слоеве на астероид и може да се използва за класифициране на астероиди и определяне на техните размери. За различните астероиди албедото варира от 0,02 (много тъмни обекти, отразяващи само 2% от падащата светлина от Слънцето) до 0,5 или повече (много ярки обекти).

За това, което следва, е важно да се установи връзка между радиуса на астероида, неговото албедо и абсолютната величина. Очевидно е, че колкото по-голям е радиусът на астероида и колкото по-голямо е неговото албедо, толкова по-голям е светлинният поток, който той отразява в дадена посока, при равни други условия. Осветлението, което астероидът създава на Земята, също зависи от разстоянието му от Слънцето и Земята и от потока на лъчиста енергия от Слънцето, което може да бъде изразено чрез величината на Слънцето.

Ако обозначим осветеността, създавана от Слънцето на Земята като E? , осветеността, създадена от астероида - като E, разстоянията от астероида до Слънцето и Земята - като r и?, и радиуса на астероида (в AU) - като?, тогава следният израз може да се използва за изчислете геометричното албедо p:

Ако вземем логаритъма на това съотношение и заменим логаритъма на съотношението E/E ? по формулата на Погсън (3.3), намираме

lg p \u003d 0,4 (m ? - m) + 2 (lg r + lg ? - lg ?),

къде м? е видимата величина на Слънцето. Сега заместваме m с формула (3.4), тогава

lg p \u003d 0,4 (m ? - m 0) - 2 lg ?,

или, изразявайки диаметъра D в километри и приемайки видимата звездна величина на Слънцето в лъчи V равна на –26,77 [Gerels, 1974], получаваме

log D \u003d 3,122 - 0,5 log p - 0,2H, (3,7)

където H е абсолютната величина на астероида във V-лъчи.

<<< Назад