大气折射。绘图、说明

大气折射。儿童科学实验室

儿童科学实验室

大气折射 是由于空气密度随高度的变化而导致光线穿过大气层时与直线的偏差。地球表面附近的大气折射会产生海市蜃楼，并可能导致远处的物体看起来闪烁、颤抖，或者出现在其真实位置的上方或下方。此外，物体的形状可能会扭曲——它们可能会显得扁平或拉伸。学期 “折射” 这同样适用于声音的折射。

大气折射 这就是天体升到地平线上方比实际高度稍高的原因。折射不仅影响光线，还影响所有电磁辐射，尽管程度不同。例如，在可见光中，蓝色比红色更容易受到折射的影响。这可能会导致天文物体模糊到高分辨率图像的光谱中。

如果可能的话，天文学家会在天体经过最高点（即位于地平线以上的最高点）时计划进行观测。另外，在确定船舶坐标时，水手绝不会使用高度低于地平线 20° 的灯具。如果无法避免观测靠近地平线的恒星，那么望远镜可以配备控制系统，以补偿大气中光线折射造成的位移。如果色散也是一个问题（在使用宽带相机进行高分辨率观测的情况下），则可以使用大气中光折射的校正（使用一对旋转玻璃棱镜）。但由于大气折射程度取决于温度和压力以及湿度（水蒸气的量，在光谱的中红外区域进行观测时尤其重要），因此成功补偿所需的工作量可以令人望而却步。

大气折射 当它不均匀时，例如在空气中存在湍流的情况下，对观测的干扰最为强烈。这就是星星闪烁以及太阳在日落和日出时可见形状变形的原因。

大气折射值

大气折射 在天顶处等于 1，在地平线以上 45° 视在高度处小于 5,3'（一弧分），在 10° 高度处达到 9,9' 值；折射随着高度的降低而迅速增加，在 5° 高度处达到 18,4'，在 2° 高度处达到 35,4'，在地平线处达到 1976' (125 Allen, 10)；所有值均在温度 101,3°C、大气压 XNUMX kPa 下获得。

在地平线上，大气折射值略大于太阳的视直径。因此，当太阳的整个圆盘在地平线上方可见时，它只能通过折射而可见，因为如果没有大气层，那么太阳圆盘的任何一部分都将不可见。

按照公认的惯例，日出和日落的时间是指太阳上缘出现或消失在地平线以上的时间；太阳真实高度的标准值为 -50'...-34'（折射）和 -16'（太阳半直径）（天体的高度通常以其圆盘中心给出））。就月球而言，需要进行额外的修正，以考虑月球的水平视差及其表观半直径（视地月系统的距离而变化）。

每日天气变化会影响太阳和月亮的日出和日落的准确时间（参见“地平线折射”一文），因此准确给出发光体的视日落和日出时间是没有意义的大于一弧分（这在“天文算法”一书中有更详细的描述，Jean Meeus，1991 年，第 103 页）。使用标准折射率值时，更准确的计算可用于确定日出和日落时间的日常变化，因为很明显，由于折射率的不可预测的变化，实际变化可能会有所不同。

因为 大气折射 在地平线处为 34'，在地平线以上 29° 的高度处只有 0,5 分弧，然后在日落或日出时，它看起来被压平了约 5'（约为其表观直径的 1/6）。

大气折射的计算

严格的折射计算需要使用 Auer 和 Standish 的论文中描述的这种方法进行数值积分 天文折射：所有天顶角的计算，2000 年。Bennett (1982) 在他的文章“用于海洋导航的天文折射的计算”中，使用加芬克尔导出了一个简单的经验公式，用于根据发光体的表观高度确定折射值算法（1967）作为参考，如果 h_a - 这是发光体的视高度（以度为单位），然后是折射 R 以弧分为单位将等于

对于 0,07° 到 -0° 的海拔高度，该公式精确到 90' (Meeus 1991, 102)。 Smardson (1986) 导出了一个确定相对于发光体真实高度的折射的公式；如果 h - 这是发光体的真实高度（以度为单位），然后是折射 R 弧分将是

该公式与 Bennett 公式的吻合度在 0.1' 以内。两个公式在大气压力为 101,0 kPa、温度为 10°C 时都是正确的；对于不同的压力值 Р 和温度 Т 使用这些公式计算折射的结果应乘以

（根据 Meeus 1991, 103）。压力每增加 1 kPa，折射大约增加 0,9%；压力每减少 1 kPa，折射大约减少 0,9%。同样，温度每降低 1°C，折射大约增加 3%，温度每升高 1°C，折射大约减少 3%。

折射幅度与高度的关系图 (Bennett, 1982)

折射引起的随机大气效应

大气湍流会增加或减少恒星的表观亮度，使它们在几毫秒内变亮或变暗。这些振荡的缓慢成分对我们来说是可见的闪烁。

此外，湍流会导致恒星的可见图像发生小的随机运动，并导致其结构发生快速变化。这些效应肉眼不可见，但即使使用小型望远镜也很容易看到。

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