Основы теоретической атмосферной оптики. Тимофеев Ю.М - 87 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СПбГУ | Санкт-Петербург

Составители: 

Рубрика: 

87
Космическая рефракция – эффект изменения положения источников света при их
наблюдениях из космоса через земную атмосферу.
В литературе можно встретить еще определения регулярной (нормальной) и
случайной рефракции. Регулярная рефракция обусловлена плавными изменениями
параметров атмосферы и, соответственно, плавными изменениями коэффициента
преломления. Случайная рефракция обусловлена относительно мелкомасштабными
пространственными вариациями параметров атмосферы и коэффициента
преломления.
Эти вариации имеют разные пространственные масштабы – от сантиметров до десятков
метров. Они обусловлены, например, турбулентностью в атмосфере. Случайная
рефракция приводит к хорошо известному явлению мерцаний точечных источников света,
например, мерцанию звезд при их наблюдениях с поверхности Земли. Наконец, отметим
явление аномальной рефракции – устойчивые, длительные (до нескольких часов)
отклонения показателя преломления
воздуха от его среднего значения.
Явления рефракции можно объяснить с помощью эффекта преломления света на
границах слоев с различными оптическими свойствами.
Рассмотрим распространение
света от внеземного источника –
рис. 4.10 [22]. Разобьем атмосферу
на несколько концентрических
слоев, достаточно тонких, чтобы
считать их однородными, с
постоянным показателем
преломления. Обозначим
соответствующие этим слоям
показатели преломления
n
1
, n
2
, n
3
и т. д. Показатель преломления
согласно (4.1.12) связан с
плотностью воздуха, которая с
высотой убывает, поэтому:
n
1
< n
2
< n
3
< …..Углы падения
θ
и
преломления
ψ
на границе двух
соседних слоев связаны законом
Снеллиуса:
......,
sin
sin
,
sin
sin
,
sin
sin
3
4
3
3
2
3
2
2
1
2
1
1
n
n
n
n
n
n
===
ψ
θ
ψ
θ
ψ
θ
(4.5.1)
Из треугольника 1O2, согласно теореме синусов, следует, что
1
2
2
1
sin)(sin
ψθπ
rr
=
−
где r
1
и r
2
– расстояния от точек 1 и 2 до точки O (центра Земли). Аналогично из
треугольников 2O3, 3O4 и т. д. следует
.....,
sin
sin
,
sin
sin
,
sin
sin
3
4
4
3
2
3
3
2
1
2
2
1
r
r
r
r
r
r
===
θ
ψ
θ
ψ
θ
ψ
(4.5.2)
Перемножив попарно равенства (4.5.1) и (4.5.2) получаем
.....,
sin
sin
,
sin
sin
,
sin
sin
33
44
4
3
22
33
3
2
11
22
2
1
rn
rn
rn
rn
rn
rn
===
θ
ψ
θ
ψ
θ
ψ
Рис. 4.10. К выводу уравнения рефракции в атмосфере [22].

Страницы