Oneskorený západ slnka • Hayk Hakobyan • Populárne vedecké úlohy na "prvkoch" • Fyzika

Oneskorený západ slnka

úloha

Ak náhle celá atmosféra na Zemi zmizne naraz, potom Slnko v tento zvláštny deň prekročí horizont o niečo skôr, ako malo byť. To znamená, že kvôli atmosfére vidíme západ slnka s určitým oneskorením. Faktom je, že lúče svetla sa lámujú v atmosfére, pretože jeho vrstvy v rôznych výškach sa medzi sebou navzájom líšia (pozri diagram). Aká je maximálna doba môže oddialiť západ slnka kvôli tomu? Pre jednoduchosť predpokladajme, že atmosféra pozostáva z jednej sférickej vrstvy s konštantným indexom lomu n = 1,0003.

Obr. 1.


pomôcť

Obrázok znázorňuje schematicky lom svetla slnka SB pri vstupe do atmosféry. Ak je pozorovateľ v bode A, príde k nemu lámaný lúč BA. Preto sa mu zdá, že Slnko je v bode S *.

Obr. 2.


rozhodnutie

Ako je zrejmé z obrázka v nápovede, v poslednom okamihu, kým sa Slnko úplne skryje z pohľadu (v tomto momente pozorovateľ stojaca v bode A vidí slnko v bode S *), skutočné svetlo zo Slnka (lúč SB) padá pod pravým uhlom na EB normálne (bod E je stredom Zeme).

Právo lomu v tomto prípade je napísané ako:

\ [sin {90 ^ {\ circ}} = n \ sin {\ beta}, \

kde n – index lomu atmosféry.

Keby nebolo atmosféru pri západe slnka (v situácii znázornenej na obrázku zo špičiek) videli ďalší pozorovateľa, ktorý je na Zemi v bode B. Preto sa pod časovým posunom – je to len čas na Zemi otáčať v uhle δ = 90 ° – β (od ∠BAE = 90 °).

Z prvej rovnosti zistíme, že β ≈ 88,6 °, a preto δ ≈ 1,4 °.

Počas dňa sa Zem robí úplne (360 °) a za minútu sa otočí o štvrtinu stupňa. Preto sa v uhle δ, zem zmení o 5,6 minúty. Toto je požadované oneskorenie západu slnka kvôli atmosfére.


Doslov

V skutočnosti je atmosféra – nie je jednotná vrstva konštantná indexu lomu (pri zvolenej hodnote 1.0003 problému blízkosti priemerného súčiniteľa suchého vzduchu na úrovni mora), a mnoho na sebe uložené vrstvy s mierne odlišnými koeficienty. Takáto heterogénnosť vzniká vďaka tomu, že atmosférický vzduch má v rôznych výškách odlišné zloženie a hustotu. Preto je v skutočnosti oneskorenie západu slnka asi 2 minúty. Dawn z rovnakých dôvodov sa vyskytuje o 2 minúty skôr, a tak "deň" trvá o 4 minúty dlhšie v porovnaní s hypotetickou Zemou bez atmosféry.

Oneskorenie je ďaleko od jediného prejavu atmosferických optických efektov počas západu slnka.Napríklad, bezprostredne pred západom slnka sa Slnko mierne splošteno vertikálne (obrázok 3). To je spôsobené tým, že svetlo zo spodného okraja Slnka je lomené o niečo viac ako svetlo z horného okraja, takže viditeľná poloha spodného okraja je mierne vyššia v porovnaní s hornou stranou, ako mala byť.

Obr. 3. Celý cyklus západu slnka v púšti Mojave. V prvých dvoch rámcoch je zrejmé, že solárny disk je mierne sploštený vertikálne. Obrázok z en.wikipedia.org

Atmosféra je tiež zodpovedná za červenú farbu západu slnka. A rovnaký fyzický účinok, ktorý "robí" západy slnka červenou, "robí" dennú oblohu modrou. Tento jav sa nazýva Rayleighov rozptyl: rozptýlenie svetla častíc, ktoré sú mnohokrát menšie ako vlnová dĺžka svetla.

Charakteristické veľkosti molekúl vzduchu a vodných pár (<1 nm) v atmosfére sú oveľa menšie ako vlnové dĺžky viditeľného svetla (~ 380-780 nm). To znamená, že správanie slnečného svetla je dokonale opísané Rayleighovým rozptylom. Ako je zrejmé z obr. 4, modré svetlo je rozptýlené 2-3 krát silnejšie než červené. A tak v popoludňajších hodinách obloha vyzerá modrej, pretože vidíme modrú farbu rozptýlenú v rôznych miestach atmosféry, zatiaľ čo červená prechádza takmer bez rozptylu zo Slnka.Na druhej strane, keď sa slnko blíži k obzoru, vidíme len slabé svetlo (červené), zatiaľ čo modrá zložka je takmer úplne rozptýlená.

Obr. 4. Percento rozptýleného svetla v Rayleighovom rozptyle, v závislosti od vlnovej dĺžky. Obrázok z ru.wikipedia.org

Pri západe slnka je ďalší zaujímavý jav – zelený záblesk (niekedy nazývaný aj zelený lúč). Tento blesk sa vyskytuje v posledných sekundách predtým, ako Slnko prekročí horizont: na chvíľu sa stáva zelená žiara. Ale prečo je úplne zelený? Jeden by mohol stále pochopiť, či blesk bol modrý: modré svetlo je lámané najdôležitejšie, a bolo by logické, aby to vidieť. Tu je všetko vysvetlené kombináciou účinkov, o ktorých sa hovorí – refrakcia a Rayleighov rozptyl: modrá farba je veľmi rozptýlená, najmä prechádzajú cez hrubú vrstvu atmosféry na obzore, ale zelená je už pomerne silne lámavá, ale stále nie je dostatočne rozptýlená.

Obr. 5. Zelený záblesk pri západe slnka. Môžete sledovať tento jav pri západe slnka alebo pri východe slnka, ak slnko stúpi cez otvorený horizont a vzduch je čistý.S pouhým okom vidíte, že blesk je dosť ťažký, pretože slnko, dokonca aj pri západe slnka, je pomerne jasné. Obrázok z en.wikipedia.org


Like this post? Please share to your friends:
Pridaj komentár

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: