U mirnoj atmosferi promatrajte situaciju. Tekstualni zadaci (gia iz fizike)
U atmosferi postoje strujanja hladnog i vrućeg zraka. Gdje se topli slojevi iznad hladnog zraka stvaraju vrtlozi pod čijim se utjecajem savijaju svjetlosne zrake, a položaj zvijezde se mijenja.
Svjetlina zvijezde se mijenja jer su zrake koje neispravno odstupaju neravnomjerno koncentrirane na površini planeta. Istodobno se cijeli krajolik neprestano pomiče i mijenja zbog atmosferskih pojava, na primjer, zbog vjetra. Promatrač zvijezda nalazi se ili u osvijetljenijem području, ili, naprotiv, u zasjenjenijem.
Ako želite gledati svjetlucanje zvijezda, onda imajte na umu da u zenitu, uz mirnu atmosferu, samo povremeno možete otkriti ovaj fenomen. Premjestite li pogled na nebeske objekte koji su bliži horizontu, vidjet ćete da trepere mnogo jače. To je zbog činjenice da zvijezde gledate kroz gušći sloj zraka i, sukladno tome, očima probijate veći broj zračnih struja. Nećete primijetiti nikakve promjene boje u zvijezdama iznad 50°. Ali pronađite česte promjene boje u zvijezdama ispod 35°. Sirius jako lijepo treperi, svjetlucajući svim bojama spektra, posebno u zimskim mjesecima, nisko na horizontu.
Snažno svjetlucanje zvijezda dokazuje heterogenost atmosfere koja je povezana s raznim meteorološkim pojavama. Stoga mnogi misle da je treperenje povezano s vremenom. Često dobiva snagu s niskim atmosferskim tlakom, snižavanjem temperature, povećanjem vlažnosti itd. No, stanje atmosfere ovisi o toliko različitih čimbenika da trenutno nije moguće predvidjeti vrijeme po treptaju zvijezda.
Ovaj fenomen čuva svoje zagonetke i nejasnoće. Pretpostavlja se da se pojačava u sumrak. To može biti i optička varka i posljedica neobičnih atmosferskih promjena koje se često događaju u ovo doba dana. Vjeruje se da je svjetlucanje zvijezda posljedica sjevernog svjetla. No, to je vrlo teško objasniti, s obzirom da se sjeverno svjetlo nalazi na visini većoj od 100 km. Osim toga, ostaje misterij zašto bijele zvijezde svjetlucaju manje od crvenih.
Zvijezde su sunca. Prva osoba koja je otkrila ovu istinu bio je znanstvenik talijanskog podrijetla. Bez imalo pretjerivanja, njegovo je ime poznato u cijelom suvremenom svijetu. Ovo je legendarni Giordano Bruno. Tvrdio je da među zvijezdama postoje slične Suncu i po veličini i po temperaturi njihove površine, pa čak i po boji, koja izravno ovisi o temperaturi. Osim toga, postoje zvijezde koje se značajno razlikuju od Sunca - divovi i superdivi.
Tablica rangova
Raznolikost bezbrojnih zvijezda na nebu natjerala je astronome da uspostave neki red među njima. Da bi to učinili, znanstvenici su odlučili razdvojiti zvijezde u odgovarajuće klase njihova sjaja. Na primjer, zvijezde koje emitiraju svjetlost nekoliko tisuća puta više od Sunca nazivaju se divovima. Nasuprot tome, zvijezde s minimalnim sjajem su patuljci. Znanstvenici su otkrili da je Sunce, prema ovoj osobini, prosječna zvijezda.
zasjati drugačije?
Neko vrijeme astronomi su mislili da zvijezde ne svijetle na isti način zbog njihovog različitog položaja u odnosu na Zemlju. Ali nije tako. Astronomi su otkrili da čak i one zvijezde koje se nalaze na istoj udaljenosti od Zemlje mogu imati potpuno drugačiji prividni sjaj. Ova svjetlina ne ovisi samo o udaljenosti, već i o temperaturi samih zvijezda. Kako bi usporedili zvijezde po njihovom prividnom sjaju, znanstvenici koriste specifičnu jedinicu mjere - apsolutnu veličinu. Omogućuje vam izračunavanje stvarnog zračenja zvijezde. Koristeći ovu metodu, znanstvenici su izračunali da na nebu postoji samo 20 najsjajnijih zvijezda.
Zašto su zvijezde različite boje?
Gore je napisano da astronomi razlikuju zvijezde po njihovoj veličini i sjaju. Međutim, ovo nije cijela klasifikacija. Uz veličinu i prividni sjaj, sve su zvijezde također podijeljene prema vlastitoj boji. Činjenica je da svjetlost koja određuje ovu ili onu zvijezdu ima valno zračenje. Ovi su prilično kratki. Unatoč minimalnoj valnoj duljini svjetlosti, čak i najmanja razlika u veličini svjetlosnih valova dramatično mijenja boju zvijezde, što izravno ovisi o temperaturi njezine površine. Na primjer, ako ga zagrijete u željeznoj tavi, također će dobiti odgovarajuću boju.
Spektar boja zvijezde svojevrsna je putovnica koja određuje njezine najkarakterističnije značajke. Na primjer, Sunce i Capella (zvijezda slična Suncu) astronomi su izdvojili u istom. Obje su žuto-blijede boje, površinska temperatura im je 6000°C. Štoviše, njihov spektar sadrži iste tvari: linije, natrij i željezo.
Zvijezde kao što su Betelgeuse ili Antares općenito imaju karakterističnu crvenu boju. Temperatura površine im je 3000°C, u njihovom sastavu je izoliran titanov oksid. Zvijezde kao što su Sirius i Vega imaju bijelu boju. Temperatura njihove površine je 10000°C. Njihovi spektri imaju vodikove linije. Tu je i zvijezda s površinskom temperaturom od 30 000 ° C - ovo je plavkasto-bijeli Orion.
Jeste li se ikada zapitali zašto se zvijezde ne vide na nebu danju? Uostalom, zrak je danju proziran kao i noću. Cijela poanta je u tome da danju atmosfera raspršuje sunčevu svjetlost.
Zamislite da ste noću u dobro osvijetljenoj prostoriji. Kroz prozorsko staklo prilično se dobro vide jaka svjetla koja se nalaze vani. Ali slabo osvijetljene predmete je gotovo nemoguće vidjeti. Međutim, dovoljno je samo ugasiti svjetlo u prostoriji, jer staklo prestaje biti prepreka našem vidu.
Nešto slično događa se pri promatranju neba: danju je atmosfera iznad nas jako osvijetljena i kroz nju se vidi Sunce, ali slaba svjetlost udaljenih zvijezda ne može prodrijeti. No nakon što Sunce zaroni ispod horizonta i sunčeva svjetlost (a s njom i svjetlost raspršena zrakom) se "ugasi", atmosfera postaje "prozirna" i možete promatrati zvijezde.
U svemiru je drugačije. Kako se letjelica diže u visinu, gusti slojevi atmosfere ostaju ispod i nebo postupno tamni.
Na visini od oko 200-300 km, gdje obično lete letjelice s ljudskom posadom, nebo je potpuno crno. Crna je uvijek, čak i ako je Sunce u ovom trenutku na njegovom vidljivom dijelu.
“Nebo je potpuno crno. Zvijezde na ovom nebu izgledaju nešto svjetlije i jasnije su vidljive na pozadini crnog neba”, opisao je svoje svemirske dojmove prvi kozmonaut Yu. A. Gagarin.
No, ipak, nisu sve zvijezde vidljive s ploče letjelice na dnevnoj strani neba, već samo one najsjajnije. Zasljepljujuća svjetlost Sunca i svjetlost Zemlje ometaju oko.
Pogledamo li nebo sa Zemlje, jasno možemo vidjeti da sve zvijezde svjetlucaju. Čini se da blijede, a zatim pale, svjetlucajući različitim bojama. I što je zvijezda niže iznad horizonta, to je svjetlucanje jače.
Treperenje zvijezda također je posljedica prisutnosti atmosfere. Prije nego što dođe do naših očiju, svjetlost koju emitira zvijezda prolazi kroz atmosferu. U atmosferi uvijek postoje mase toplijeg i hladnijeg zraka. Gustoća zraka ovisi o temperaturi zraka u određenom području. Prolazeći iz jednog područja u drugo, svjetlosne zrake doživljavaju lom. Mijenja se smjer njihova širenja. Zbog toga su na nekim mjestima iznad zemljine površine koncentrirani, na drugim su relativno rijetki. Kao rezultat stalnog kretanja zračnih masa, te se zone neprestano pomiču, a promatrač vidi ili povećanje ili smanjenje sjaja zvijezda. No budući da se zrake različitih boja ne lome na isti način, momenti pojačanja i slabljenja različitih boja ne nastaju istovremeno.
Osim toga, drugi, složeniji optički efekti mogu igrati određenu ulogu u svjetlucanju zvijezda.
Prisutnost toplih i hladnih slojeva zraka, intenzivna kretanja zračnih masa također utječu na kvalitetu teleskopskih slika.
Gdje su najbolji uvjeti za astronomska promatranja: u planinskim predjelima ili na ravnici, na morskoj obali ili u unutrašnjosti, u šumi ili pustinji? I općenito, što je bolje za astronome - deset noći bez oblaka na mjesec ili samo jedna vedra noć, ali jedna kada je zrak savršeno proziran i miran?
Ovo je samo mali dio pitanja koja se moraju riješiti pri odabiru mjesta za izgradnju zvjezdarnica i postavljanje velikih teleskopa. Sličnim problemima bavi se i posebno područje znanosti – astroklimatologija.
Naravno, najbolji uvjeti za astronomska promatranja su izvan gustih slojeva atmosfere, u svemiru. Usput, zvijezde ovdje ne trepere, već pale hladnom mirnom svjetlošću.
Poznata zviježđa izgledaju potpuno isto u svemiru kao i na Zemlji. Zvijezde su od nas na velikoj udaljenosti, a nekoliko stotina kilometara udaljene od zemljine površine ne mogu ništa promijeniti u njihovom prividnom međusobnom rasporedu. Čak i kada se gleda s Plutona, obrisi zviježđa bili bi potpuno isti.
Tijekom jedne orbite s daske letjelice koja se kreće u orbiti oko Zemlje, u principu se mogu vidjeti sva zviježđa zemaljskog neba. Promatranje zvijezda iz svemira je od dvostrukog interesa: astronomski i navigacijski. Posebno je vrlo važno promatrati svjetlost zvijezda nepromijenjenu atmosferom.
Jednako važna u svemiru je i navigacija kroz zvijezde. Promatrajući unaprijed odabrane "referentne" zvijezde, ne samo da se može orijentirati brod, već i odrediti njegov položaj u svemiru.
Astronomi su dugo sanjali o budućim zvjezdarnicama na površini Mjeseca. Činilo se da bi potpuni nedostatak atmosfere trebao stvoriti idealne uvjete za astronomska promatranja na prirodnom satelitu Zemlje, kako tijekom lunarne noći, tako i tijekom lunarnog dana.
Prolazeći kroz Zemljinu atmosferu, zrake svjetlosti mijenjaju pravocrtni smjer. Zbog povećanja gustoće atmosfere, lom svjetlosnih zraka raste kako se približava površini Zemlje. Kao rezultat toga, promatrač vidi nebeska tijela kao da su podignuta iznad horizonta pod kutom koji se naziva astronomska refrakcija.
Refrakcija je jedan od glavnih izvora i sustavnih i slučajnih pogrešaka promatranja. Godine 1906 Newcomb je napisao da ne postoji takva grana praktične astronomije o kojoj se toliko pisalo kao o lomu, a koja bi bila u tako nezadovoljavajućem stanju. Sve do sredine 20. stoljeća astronomi su svoja opažanja sveli na tablice refrakcije sastavljene u 19. stoljeću. Glavni nedostatak svih starih teorija bilo je netočno razumijevanje strukture Zemljine atmosfere.
Uzmimo Zemljinu površinu AB kao sferu polumjera OA = R i predstavimo Zemljinu atmosferu u obliku slojeva koncentričnih s njom aw, 1 u 1, a 2 u 2... s gustoćama koje rastu kako se slojevi približavaju zemljinoj površini (slika 2.7). Tada će zraka SA neke vrlo udaljene zvijezde, prelomljena u atmosferi, doći do točke A u smjeru S¢A, odstupajući od svog prvobitnog položaja SA ili od smjera S²A paralelnog s njim za neki kut S¢AS²= r naziva astronomska refrakcija. Svi elementi krivuljaste zrake SA i njezin konačni prividni smjer AS¢ ležat će u istoj okomitoj ravnini ZAOS. Posljedično, astronomska refrakcija samo povećava pravi smjer prema zvijezdi u okomitoj ravnini koja prolazi kroz nju.
Kutna elevacija svjetiljke iznad horizonta u astronomiji se naziva visinom svjetiljke. Kut S¢AH = h¢ bit će prividna visina zvijezde, a kut S²AH = h = h¢ - r je njegova prava visina. Injekcija z je prava zenitna udaljenost zvijezde, i z¢ je njegova vidljiva vrijednost.
Vrijednost refrakcije ovisi o mnogim čimbenicima i može se promijeniti na svakom mjestu na Zemlji, čak i tijekom dana. Za prosječne uvjete dobivena je približna formula refrakcije:
Dh=-0,9666ctg h¢. (2.1)
Koeficijent 0,9666 odgovara gustoći atmosfere pri temperaturi od +10°C i tlaku od 760 mmHg. Ako su karakteristike atmosfere različite, tada se korekcija loma izračunata formulom (2.1) mora korigirati s korekcijama za temperaturu i tlak.
Slika 2.7 Astronomska refrakcija
Kako bi se uzela u obzir astronomska refrakcija u zenitnim metodama astronomskih određivanja, tijekom promatranja zenitalnih udaljenosti svjetiljki mjere se temperatura i tlak zraka. U preciznim metodama astronomskih određivanja, zenitne udaljenosti svjetiljki mjere se u rasponu od 10° do 60°. Gornja granica je posljedica instrumentalnih pogrešaka, donja granica je posljedica pogrešaka u tablicama loma.
Zenitna udaljenost zvijezde, ispravljena korekcijom za lom, izračunava se po formuli:
Prosječna (normalna pri temperaturi od +10°C i tlaku od 760 mm Hg. Art.) refrakcija, izračunata prema z¢;
Koeficijent koji uzima u obzir temperaturu zraka, izračunat iz vrijednosti temperature;
B- koeficijent koji uzima u obzir tlak zraka.
Teoriju loma proučavali su mnogi znanstvenici. U početku je početna pretpostavka bila da se gustoća različitih slojeva atmosfere smanjuje s povećanjem visine tih slojeva u aritmetičkoj progresiji (Bouguer). Ali ova je pretpostavka ubrzo prepoznata kao nezadovoljavajuća u svim pogledima, jer je dovela do premale refrakcije i prebrzog pada temperature s visinom iznad površine zemlje.
Newton je pretpostavio da se gustoća atmosfere smanjuje s visinom prema zakonu geometrijske progresije. I ova se hipoteza pokazala nezadovoljavajućom. Prema ovoj hipotezi pokazalo se da temperatura u svim slojevima atmosfere treba ostati konstantna i jednaka temperaturi na površini Zemlje.
Najgenijalnija je bila Laplaceova hipoteza, srednja između dvije gore navedene. Na ovoj Laplaceovoj hipotezi temeljile su se tablice loma, koje su se svake godine stavljale u francuski astronomski kalendar.
Zemljina atmosfera svojom nestabilnošću (turbulencija, varijacije refrakcije) nameće ograničenje točnosti astronomskih promatranja sa Zemlje.
Prilikom odabira mjesta za postavljanje velikih astronomskih instrumenata prvo se sveobuhvatno proučava astroklima regije, što se shvaća kao skup čimbenika koji iskrivljuju oblik valne fronte zračenja nebeskih objekata koji prolaze kroz atmosferu. Ako valna fronta dođe do uređaja neiskrivljena, tada uređaj u ovom slučaju može raditi s maksimalnom učinkovitošću (s razlučivosti koja se približava teorijskoj).
Kako se pokazalo, kvaliteta teleskopske slike smanjena je uglavnom zbog smetnji koje unosi površinski sloj atmosfere. Zemlja se, zbog vlastitog toplinskog zračenja, znatno hladi noću i hladi sloj zraka koji se nalazi uz nju. Promjena temperature zraka za 1°C mijenja njegov indeks loma za 10 -6 . Na izoliranim planinskim vrhovima debljina površinskog sloja zraka sa značajnom razlikom (gradijentom) u temperaturi može doseći nekoliko desetaka metara. U kotlinama i ravnim područjima noću je ovaj sloj znatno deblji i može biti stotinama metara. To objašnjava izbor mjesta za astronomske zvjezdarnice na ograncima grebena i na izoliranim vrhovima, odakle gušći hladni zrak može oticati u doline. Visina tornja teleskopa odabrana je tako da instrument bude iznad glavnog područja temperaturnih nehomogenosti.
Važan čimbenik astroklime je vjetar u površinskom sloju atmosfere. Miješanjem slojeva hladnog i toplog zraka uzrokuje pojavu nehomogenosti gustoće u stupcu zraka iznad uređaja. Nepravilnosti manje od promjera teleskopa dovode do defokusiranja slike. Veće fluktuacije gustoće (nekoliko metara ili veće) ne uzrokuju oštra izobličenja valne fronte i dovode uglavnom do pomaka, a ne do defokusiranja slike.
U gornjim slojevima atmosfere (u tropopauzi) također se opažaju fluktuacije gustoće i indeksa loma zraka. Ali perturbacije u tropopauzi ne utječu vidljivo na kvalitetu slika koje daju optički instrumenti, budući da su temperaturni gradijenti tamo puno manji nego u površinskom sloju. Ti slojevi ne izazivaju drhtanje, već svjetlucanje zvijezda.
U astroklimatskim istraživanjima uspostavlja se odnos između broja vedrih dana koje bilježi meteorološka služba i broja noći pogodnih za astronomska promatranja. Najpovoljnije regije, prema astroklimatskoj analizi teritorija bivšeg SSSR-a, su neke planinske regije srednjoazijskih država.
Refrakcija Zemlje
Zrake iz prizemnih objekata, ako putuju dovoljno dugim putem u atmosferi, također doživljavaju lom. Putanja zraka pod utjecajem loma je savijena, a mi ih vidimo na pogrešnim mjestima ili u krivom smjeru, gdje se zapravo nalaze. Pod određenim uvjetima, kao rezultat zemaljske refrakcije, nastaju fatamorgane - lažne slike udaljenih objekata.
Kut zemljine refrakcije a je kut između smjera prema vidljivom i stvarnog položaja promatranog objekta (slika 2.8). Vrijednost kuta a ovisi o udaljenosti do promatranog objekta i o vertikalnom temperaturnom gradijentu u površinskom sloju atmosfere, u kojem se zrake šire od prizemnih objekata.
sl.2.8. Manifestacija zemljine refrakcije pri gledanju:
a) - odozdo prema gore, b) - od vrha do dna, a - kut zemljine refrakcije
Geodetski (geometrijski) raspon vidljivosti povezan je s lomom zemlje (slika 2.9). Pretpostavljamo da se promatrač nalazi u točki A na određenoj visini h H iznad površine zemlje i promatra horizont u smjeru točke B. NAS ravnina - horizontalna ravnina koja prolazi točkom A okomito na polumjer globusa, je naziva ravnina matematičkog horizonta. Ako se zrake svjetlosti šire u atmosferi ravnomjerno, tada bi najudaljenija točka na Zemlji koju promatrač iz točke A može vidjeti bila točka B. Udaljenost do ove točke (tangenta AB na globus) je geodetska (ili geometrijski) raspon vidljivosti D 0 . Kružna crta na zemljinoj površini BB je geodetski (ili geometrijski) horizont promatrača. Vrijednost D 0 određena je samo geometrijskim parametrima: polumjerom Zemlje R i visinom h H promatrača i jednaka je D o ≈ √ 2Rh H = 3,57 √ h H, što slijedi iz slike 2.9.
sl.2.9. Terestrička refrakcija: matematički (HH) i geodetski (BB) horizonti, geodetski raspon vidljivosti (AB = D 0)
Ako promatrač promatra neki objekt koji se nalazi na visini h pr iznad Zemljine površine, tada će geodetski raspon biti udaljenost AC \u003d 3,57 (√ h H + √ h pr). Ove tvrdnje bile bi istinite kada bi se svjetlost širila u atmosferi u ravnoj liniji. Ali nije. Uz normalnu raspodjelu temperature i gustoće zraka u površinskom sloju, zakrivljena linija koja prikazuje putanju svjetlosnog snopa okrenuta je prema Zemlji svojom konkavnom stranom. Stoga, najudaljenija točka koju će promatrač iz A vidjeti neće biti B, već B¢. Geodetski raspon vidljivosti AB¢, uzimajući u obzir refrakciju, bit će u prosjeku veći 6-7% i umjesto koeficijenta 3,57 u formulama će biti koeficijent 3,82. Geodetski raspon se izračunava po formulama
, h - u m, D - u km, R - 6378 km
gdje h n i h pr - u metrima, D- u kilometrima.
Za osobu prosječne visine, raspon horizonta na Zemlji je oko 5 km. Za kozmonaute V.A. Shatalova i A.S. Elisejeva, koji su letjeli na svemirskom brodu Soyuz-8, raspon horizonta u perigeju (visina 205 km) bio je 1730 km, a u apogeju (visina 223 km) - 1800 km.
Za radio valove refrakcija je gotovo neovisna o valnoj duljini, ali osim o temperaturi i tlaku ovisi i o sadržaju vodene pare u zraku. U istim uvjetima promjene temperature i tlaka, radio valovi se lome jače od svjetlosnih valova, osobito pri visokoj vlažnosti.
Stoga će u formulama za određivanje dometa horizonta ili detekcije objekta radarskim snopom ispred korijena biti faktor 4,08. Stoga je horizont radarskog sustava udaljen oko 11%.
Radio valovi se dobro reflektiraju od zemljine površine i od donje granice inverzije ili sloja niske vlažnosti. U tako osebujnom valovodu kojeg formiraju zemljina površina i baza inverzije, radio valovi se mogu širiti na vrlo velike udaljenosti. Ove značajke širenja radio valova uspješno se koriste u radaru.
Temperatura zraka u površinskom sloju, osobito u njegovom donjem dijelu, ne pada uvijek s visinom. Može se smanjivati različitim brzinama, ne mijenjati visinu (izotermija), a može se povećavati s visinom (inverzija). Ovisno o veličini i predznaku temperaturnog gradijenta, lom može utjecati na raspon vidljivog horizonta na različite načine.
Vertikalni temperaturni gradijent u homogenoj atmosferi u kojoj se gustoća zraka ne mijenja s visinom, g 0 = 3,42°C/100m. Razmislite kakva će biti putanja zraka AB na različitim temperaturnim gradijentima u blizini površine Zemlje.
Neka, tj. temperatura zraka opada s visinom. Pod ovim uvjetom indeks loma također opada s visinom. Putanja svjetlosnog snopa u ovom slučaju bit će okrenuta prema zemljinoj površini svojom konkavnom stranom (na slici 2.9 putanja AB¢). Takvo prelamanje naziva se pozitivnim. najdalja točka NA¢ Promatrač će vidjeti u smjeru posljednje tangente putanje zraka. Ova tangenta, t.j. horizont vidljiv zbog loma jednak je matematičkom horizontu NAS kut D, manji kut d. Injekcija d je kut između matematičkog i geometrijskog horizonta bez loma. Dakle, vidljivi horizont se podigao za kut ( d- D) i proširen kao D > D0.
Sada zamislimo to g postupno se smanjuje, tj. temperatura sve sporije opada s visinom. Doći će trenutak kada će temperaturni gradijent postati jednak nuli (izoterma), a zatim temperaturni gradijent postaje negativan. Temperatura se više ne smanjuje, već raste s visinom, t.j. opaža se temperaturna inverzija. Sa smanjenjem temperaturnog gradijenta i njegovim prijelazom kroz nulu, vidljivi horizont će se dizati sve više i više, a doći će trenutak kada D postane jednak nuli. Vidljivi geodetski horizont će se uzdići do matematičkog. Zemljina površina, kao da se ispravila, postala je ravna. Geodetski raspon vidljivosti je beskonačno velik. Polumjer zakrivljenosti grede postao je jednak polumjeru globusa.
S još jačom temperaturnom inverzijom, D postaje negativan. Vidljivi horizont se izdigao iznad matematičkog. Promatraču u točki A činit će se da se nalazi na dnu golemog bazena. Zbog horizonta se objekti koji su daleko izvan geodetskog horizonta dižu i postaju vidljivi (kao da lebde u zraku) (slika 2.10).
Takve se pojave mogu promatrati u polarnim zemljama. Dakle, od kanadske obale Amerike kroz tjesnac Smith ponekad se može vidjeti obala Grenlanda sa svim zgradama na njoj. Udaljenost do obale Grenlanda je oko 70 km, dok raspon geodetske vidljivosti nije veći od 20 km. Još jedan primjer. S engleske strane Pas de Calaisa, iz Hastingsa, vidio sam francusku obalu koja leži preko tjesnaca na udaljenosti od oko 75 km.
sl.2.10. Fenomen neobičnog loma u polarnim zemljama
Pretpostavimo sada to g=g 0 , dakle, gustoća zraka se ne mijenja s visinom (homogena atmosfera), nema loma i D=D 0 .
Na g > g 0, indeks loma i gustoća zraka rastu s visinom. U tom slučaju putanja svjetlosnih zraka okrenuta je konveksnom stranom prema zemljinoj površini. Taj se lom naziva negativnim. Posljednja točka na Zemlji koju promatrač u A vidi bit će B². Vidljivi horizont AB² se suzio i potonuo pod kut (D - d).
Iz navedenog možemo formulirati sljedeće pravilo: ako se gustoća zraka (a time i indeks loma) mijenja duž širenja svjetlosnog snopa u atmosferi, tada će se svjetlosna zraka savijati tako da je njezina putanja uvijek konveksna u smjer smanjenja gustoće (i indeksa loma) zraka .
Refrakcija i fatamorgana
Riječ fatamorgana francuskog je porijekla i ima dva značenja: "odraz" i "obmanjujuća vizija". Oba značenja ove riječi dobro odražavaju bit fenomena. fatamorgana je slika objekta koji stvarno postoji na Zemlji, često uvećana i jako izobličena. Postoji nekoliko vrsta fatamorgana ovisno o tome gdje se slika nalazi u odnosu na predmet: gornja, donja, bočna i složena. Najčešće opažene su superiorne i inferiorne fatamorgane, koje nastaju kada postoji neobična raspodjela gustoće (a samim tim i indeksa loma) po visini, kada se na određenoj visini ili blizu same površine Zemlje nalazi relativno tanak sloj vrlo toplog zraka (s niskim indeksom loma), u kojemu zrake koje dolaze od prizemnih objekata doživljavaju potpunu unutarnju refleksiju. To se događa kada zrake padaju na ovaj sloj pod kutom većim od kuta ukupne unutarnje refleksije. Ovaj topliji sloj zraka igra ulogu zračnog zrcala koje reflektira zrake koje padaju u njega.
Superiorne fatamorgane (slika 2.11) javljaju se u prisutnosti jakih temperaturnih inverzija, kada se gustoća zraka i indeks loma brzo smanjuju s visinom. U superiornim fatamorganama, slika se nalazi iznad subjekta.
sl.2.11. superiorna fatamorgana
Putanja svjetlosnih zraka prikazana je na slici (2.11). Pretpostavimo da je Zemljina površina ravna i da su joj paralelni slojevi jednake gustoće. Budući da se gustoća smanjuje s visinom, onda . Topli sloj, koji igra ulogu zrcala, leži na visini. U ovom sloju, kada kut upada zraka postane jednak indeksu loma (), zrake se vraćaju na površinu zemlje. Promatrač može istovremeno vidjeti sam objekt (ako nije izvan horizonta) i jednu ili više slika iznad njega - ravno i obrnuto.
sl.2.12. Složena superiorna fatamorgana
Na sl. 2.12 prikazuje dijagram nastanka složene gornje fatamorgane. Sam objekt je vidljiv ab, iznad nje je njegova izravna slika a¢b¢, obrnuto u²b² i opet ravno a²¢b²¢. Takva fatamorgana može se dogoditi ako se gustoća zraka smanjuje s visinom, prvo polako, zatim brzo i opet polako. Slika je obrnuta ako se zrake koje dolaze iz krajnjih točaka predmeta sijeku. Ako je objekt daleko (iza horizonta), onda sam objekt možda nije vidljiv, a njegove slike, podignute visoko u zrak, vidljive su s velike udaljenosti.
Grad Lomonosov nalazi se na obali Finskog zaljeva, 40 km od Sankt Peterburga. Obično iz Lomonosova Sankt Peterburg se uopće ne vidi ili je vrlo slabo vidljiv. Ponekad je Sankt Peterburg vidljiv "na prvi pogled". Ovo je jedan od primjera superiornih fatamorgana.
Očigledno, barem dio takozvanih sablasnih Zemlja, koje su desetljećima tražene na Arktiku i nikada nisu pronađene, treba pripisati broju gornjih fatamorgana. Potraga za zemljom Sannikova bila je posebno duga.
Jakov Sannikov bio je lovac, bavio se trgovinom krznom. Godine 1811 krenuo je na psima preko leda do skupine Novosibirskih otoka i sa sjevernog vrha otoka Kotelny ugledao nepoznati otok u oceanu. Nije mogao doći do njega, ali je vladi najavio otkriće novog otoka. U kolovozu 1886 E.V. Tol, tijekom svoje ekspedicije na Novosibirsko otočje, također je vidio otok Sannikov i zapisao u svom dnevniku: „Obzorje je potpuno jasno. U smjeru sjeveroistoka, 14-18 stupnjeva, jasno smo vidjeli konture četiriju meza, koje su se na istoku spajale s nizinskim zemljištem. Time je Sannikova poruka u potpunosti potvrđena. Imamo, dakle, pravo da na karti na odgovarajućem mjestu nacrtamo točkastu liniju i upišemo na nju: "Zemlja Sannikova".
Tol je 16 godina života proveo tražeći zemlju Sannikova. Organizirao je i vodio tri ekspedicije na područje Novosibirskih otoka. Tijekom posljednje ekspedicije na škuni "Zarya" (1900.-1902.) Tolyina ekspedicija je propala ne pronašavši zemlju Sannikova. Nitko drugi nije vidio Sannikovu zemlju. Možda je to bila fatamorgana koja se pojavljuje na istom mjestu u određeno doba godine. I Sannikov i Tol vidjeli su fatamorganu istog otoka smještenu u ovom smjeru, samo mnogo dalje u oceanu. Možda je to bio jedan od otoka De Long. Možda je to bila golema santa leda - cijeli ledeni otok. Takve ledene planine, površine do 100 km2, putuju preko oceana nekoliko desetljeća.
Privid nije uvijek obmanjivao ljude. Engleski polarni istraživač Robert Scott 1902. godine. na Antarktiku sam vidio planine, kao da vise u zraku. Scott je pretpostavio da se dalje nad horizontom nalazi planinski lanac. I doista, planinski lanac je kasnije otkrio norveški polarni istraživač Raoul Amundsen točno tamo gdje je Scott pretpostavio da se nalazi.
sl.2.13. inferiorna fatamorgana
Inferiorne fatamorgane (slika 2.13) javljaju se uz vrlo brzo smanjenje temperature s visinom, t.j. pri vrlo velikim temperaturnim gradijentima. Ulogu zračnog zrcala igra tanki površinski najtopliji sloj zraka. Miraža se naziva donjom, jer se slika objekta nalazi ispod objekta. U donjim fatamorganama doima se kao da se ispod objekta nalazi vodena površina i u njoj se reflektiraju svi predmeti.
U mirnoj vodi, svi objekti koji stoje na obali dobro se reflektiraju. Refleksija u tankom sloju zraka zagrijanog sa zemljine površine potpuno je analogna refleksiji u vodi, samo što sam zrak igra ulogu zrcala. Stanje zraka u kojem se javljaju inferiorne fatamorgane izrazito je nestabilno. Uostalom, ispod, blizu tla, leži jako zagrijani, a time i lakši zrak, a iznad njega - hladniji i teži. Mlazevi vrućeg zraka koji se dižu iz tla prodiru u slojeve hladnog zraka. Zbog toga se fatamorgana mijenja pred našim očima, čini se da površina "vode" valovi. Dovoljan je mali nalet vjetra ili guranje i doći će do kolapsa, t.j. preokretanje slojeva zraka. Teški zrak će sjuriti dolje, uništavajući zračno zrcalo, i fatamorgana će nestati. Povoljni uvjeti za pojavu inferiornih fatamorgana su homogena, ravna podloga Zemlje, koja se odvija u stepama i pustinjama, te sunčano mirno vrijeme.
Ako je fatamorgana slika stvarnog objekta, onda se postavlja pitanje - sliku kakve vodene površine vide putnici u pustinji? Uostalom, u pustinji nema vode. Činjenica je da prividna vodena površina ili jezero vidljivo u fatamorgani zapravo nije slika vodene površine, već neba. Dijelovi neba reflektiraju se u zračnom zrcalu i stvaraju potpunu iluziju blistave vodene površine. Takva fatamorgana može se vidjeti ne samo u pustinji ili stepi. Oni nastaju čak iu Sankt Peterburgu i njegovoj okolici za sunčanih dana preko asfaltnih cesta ili ravne pješčane plaže.
sl.2.14. bočna fatamorgana
Bočne fatamorgane nastaju kada se slojevi zraka iste gustoće nalaze u atmosferi ne vodoravno, kao obično, već koso, pa čak i okomito (slika 2.14). Takvi se uvjeti stvaraju ljeti, ujutro ubrzo nakon izlaska sunca u blizini kamenih obala mora ili jezera, kada je obala već obasjana Suncem, a površina vode i zrak iznad nje su još hladni. Bočne fatamorgane su više puta opažene na Ženevskom jezeru. Bočna fatamorgana može se pojaviti na kamenom zidu kuće zagrijane Suncem, pa čak i sa strane zagrijane peći.
Mirage složenog tipa, ili Fata Morgana, nastaju kada postoje uvjeti za pojavu i gornje i donje fatamorgane u isto vrijeme, na primjer, sa značajnom temperaturnom inverzijom na određenoj visini iznad relativno toplog mora. Gustoća zraka prvo raste s visinom (temperatura zraka se smanjuje), a zatim također brzo opada (temperatura zraka raste). S takvom raspodjelom gustoće zraka stanje atmosfere je vrlo nestabilno i podložno naglim promjenama. Stoga se izgled fatamorgane mijenja pred našim očima. Najobičnije stijene i kuće, zbog opetovanih izobličenja i povećanja, pred našim se očima pretvaraju u čudesne dvorce Vile Morgane. Fata Morgana se promatra uz obalu Italije, Sicilija. Ali može se pojaviti i na visokim geografskim širinama. Ovako je poznati istraživač Sibira F.P. Wrangel opisao fata morgana koju je vidio u Nizhnekolymsku: “Djeljenje horizontalne refrakcije proizvelo je rod fata morgana. Planine koje su ležale na jugu činile su nam se u raznim iskrivljenim oblicima i visjele u zraku. Daleke su se planine činile prevrnutim vrhovima. Rijeka se suzila do te mjere da se činilo da se suprotna obala nalazi gotovo kod naših koliba.
Astronomi bljeskove nazivaju "sporadičnim" - oni su iznenadni i nepredvidivi. Štoviše, iz opažanja je poznato da je vrlo intenzivna aktivnost baklje svojstvena crvenim patuljcima. Manje su masivne zvijezde od našeg Sunca, a također se smatraju prikladnima za ulogu "kolijevke života". Nedavno su znanstvenici otkrili razlog ovog fenomena.
Zanimanje za fenomen baklji kod crvenih patuljaka sasvim je prirodno - činjenica je da tako snažna baklja može biti kobna za nastajuću ili razvijenu biotu. Ali crveni patuljci imaju planete, od kojih neki imaju sasvim normalne uvjete za postojanje života.
Na pozadini divovskih zvijezda, crveni patuljci izgledaju poput slabo svjetlećih zvijezda, pa se njihova promatranja vrše u ograničenom bliskom rasponu. U našoj galaksiji, u zviježđu Velikog medvjeda, nalazi se binarni zvjezdani sustav koji se sastoji od dva crvena patuljka – razdvojeni su udaljenosti od 190 astronomskih jedinica. Na ljestvici Sunčevog sustava, to je četiri puta veća udaljenost od Sunca do Plutona.
Ovaj zvjezdani sustav zove se Gliese 412 i prilično je temeljito proučavan. Njegove zvijezde, crveni patuljci, su sljedeće: prva - Gliese 412 A po masi doseže polovicu mase Sunca, a svijetli mnogo slabije - doseže samo 2 posto sjaja naše zvijezde. Druga zvijezda Gliese 412 B je mnogo manje masivna i nema konstantan sjaj. Ova vrlo prigušena zvijezda klase M6 stotinu je puta slabija od svog susjeda Gliese 412 A! Ali najsjajnije trenutke zvjezdanih baklji detektiraju takve promjenjive zvijezde, ovo je uistinu njihov "zvjezdani trenutak" - najjači prasak svjetline svjetline nalazi se u promatranjima.
Teorija zvjezdane baklje objašnjava ove pojave kao transformacije u složenoj hijerarhiji zvjezdanih magnetskih polja koja upravljaju zvjezdanom aktivnošću. To je jasno vidljivo na Suncu: formira se novi kompleks aktivnosti s pjegama, raste i mijenja se, a kada se pojavi novi jak magnetski tok, linije sile se ponovo spajaju, a u vodljivom plazma mediju dolazi do snažne transformacije energije na Sunce, koje se vidi kao bljesak. Ovo izbacivanje ima gigantsku kinetičku energiju i leti od Sunca brzinom većom od 1000 km/s. Divovske baklje javljaju se na crvenim patuljcima, konvektivni plazma medij ovih zvijezda stvara aktivnost baklji prema istoj shemi električnog pražnjenja.
Vakhtang Tamazyan, profesor na Sveučilištu de Santiago de Compostela (Galicija, Španjolska), sa grupom kolega iz Španjolske i Armenije, identificirali su i proučavali izuzetno snažan primjer takvog procesa bljeskanja: promjenjiva zvijezda WX UMa povećala je svoj sjaj za 15 puta u 160 s. Temperatura njegove površine, jednaka 2800 K, u području događaja baklje dosegnula je 18000 K - takva je površinska temperatura plavih divova spektralne klase B! Ali plavi divovi hrane svoju monstruoznu svjetlost stalnim priljevom energije iz dubina zvijezde. U slučaju crvenog patuljka, ova temperatura otkriva zagrijavanje petlje koronalne baklje, aktivnu formaciju u gornjoj atmosferi crvenog patuljka, čija je svjetlost pokrenuta ostvarenom energijom magnetskog polja.
Slična promjena svjetline koronalne petlje na Suncu otkrivena je u svemirskom eksperimentu Koronas-F u IZMIRAN-u nazvanom po V.I. N. V. Pushkov RAS, otkriće je nagrađeno Državnom nagradom. Obično se korona Sunca zagrijava na oko 2 milijuna stupnjeva; u eksperimentu Koronas-F uočeno je zagrijavanje do 20 milijuna stupnjeva. Na crvenim patuljcima, tipičnim blještavim zvijezdama, na taj se način ostvaruju nestabilnosti njihovih složenih magnetskih polja. Ove pojave nije lako registrirati zbog niske svjetlosti, budući da se crvene patuljke ne mogu promatrati dalje od 60 svjetlosnih godina od Zemlje, to je granica suvremenih tehničkih mogućnosti.
Zvjezdani par, koji uključuje zvijezdu WX UMa, daje istraživačima jedinstvenu priliku da "istraže jesu li učestalost baklji i relativni položaj para svjetiljki koje se rotiraju jedna oko druge povezane", naglašava Vakhtang Tamazyan. Proučavanje binarnog sustava, u kojem crveni patuljci međusobno gravitacijski stupaju u interakciju, omogućuje istraživanje pitanja povezanosti procesa baklji i proširivanje našeg razumijevanja fizičke prirode jedinstvenih baklji na crvenim patuljcima.
Istovremeno s promatranjem zvijezde WX UMa, tim astronoma je dodatno proučavao četiri binarna sustava s crvenim patuljcima, promatrajući njihovu aktivnost baklji. Snažne baklje nisu zabilježene, ali su unatoč tome još tri patuljka postala svjetlija tijekom baklji, a samo jedan od njih nije pokazao takvu aktivnost tijekom razdoblja promatranja. Dakle, kako se pokazalo, karakteristike bljeskanja crvenih patuljaka nemaju otkrivenu periodičnost. Kao rezultat toga, znanstvenici su sugerirali da, budući da je velik broj baklji zabilježen u binarnim sustavima u tako kratkom vremenu, onda se, očito, pojavljuju zbog utjecaja zvijezde pratilje.
Valja napomenuti da crveni patuljci koji bjesne bljeskovima u tom pogledu nisu poput našeg puno stabilnijeg Sunca. Aktivnost Sunca nastaje na grani rasta svakog 11-godišnjeg ciklusa, doseže svoj apogej na maksimumu ciklusa, pada na minimalne manifestacije na minimumu sunčeve aktivnosti. Iako su iznimke od općih trendova već uočene: 2003. godine, neposredno prije minimuma, dogodio se niz snažnih solarnih baklji, koje su privukle veliku pozornost stručnjaka.
Takve jake baklje na Suncu nazivaju se rendgenskim bakljama, točkama M i X. Proučavanja baklji, kao najsnažnijih manifestacija sunčeve i zvjezdane aktivnosti, pomno se bilježe i analiziraju prema suvremenim svemirskim opservatorijama. Njihova priroda znanstvenicima postaje sve jasnija, ali prognoza događaja baklji je još uvijek samo vjerojatnost i nije točna. Ali sasvim je moguće da se, kako se znanje poboljšava, takva prognoza može pojaviti ...
Dvije glave i šest nogu; četiri hodaju, a dvojica mirno leže
Samopoštovanje - što je to: koncept, struktura, vrste i razine
Kasandrin put, ili Pasta Adventures Rat na Zemlji i pod zemljom