Refrakce a zeslabování světla v atmosféře

Zemská atmosféra ovlivňuje vlastnosti světelných paprsků několika způsoby:

Turbulence vzduchu – mihotání hvězd (třpyt hvězd, scintilace)

Refrakce – zakřivení dráhy paprsků v atmosféře

odraz světla  =

pohlcování světla = zeslabení světla ( extinkce)

rozptyl světla  =

Atmosferická refrakce

Je zakřivení dráhy paprsku procházejícího atmosférou.

Jeho příčinou je lom světla na rozhraní, který se řídí

zákonem lomu:

n₁, n₂…Indexy lomu prostředí

Při průchodu do hustšího prostředí se paprsek láme ke kolmici. Naopak při průchodu do prostředí méně hustšího se láme od kolmice.

Zemská atmosféra má postupně rostoucí hustotu a paprsek se v ní postupně více a více láme ke kolmici

z_o = z + R   h₀= h - R

z_o = z + R 

refrakce zmenšuje měřenou zenitovou vzdálenost.

Objekty proto pozorujeme blíže zenitu, než ve skutečnosti jsou.

Velikost refrakce závisí na teplotě a tlaku vzduchu.

Obecně hodnota refrakce klesá se vzrůstem teploty (protože klesá hustota vzduchu a zmenšuje se tak index lomu).

Vliv refrakce se zvětšuje s rostoucí zenitovou vzdáleností pozorovaného objektu- zvětšuje se odchylka paprsku od kolmice a paprsek prochází atmosférou po delší dráze.

Důsledky refrakce

1. Zploštění slunečního a měsíčního kotouče v blízkosti obzoru.

2. Vesmírná tělesa jsou vidět nad obzorem v době, kdy jsou buď ještě pod ním (při východu) nebo už pod ním (při západu).

Díky tomu se urychluje východ a opožďuje západ těles.

Horní okraj Slunce vychází a zapadá v okamžiku, kdy střed skutečného Slunce je už 51 úhlových minut pod obzorem. (obr.na pravo)

3. V okamžiku západu horního okraje Slunce pod obzor má poslední viditelný paprsek zelenou barvu.

Index lomu závisí na vlnové délce světla. Tak jsou červené paprsky ovlivněny refrakcí nejméně, fialové nejvíce. Kotouč Slunce se při západu rozkládá do několika dílčích barevných, které zapadají postupně.

Nejintenzivnější je žlutozelený paprsek, který výjimečně přechází až k modré. Jev lze pozorovat nejvýše několik sekund.

Atmosférická Extinkce

- je zeslabení světla v atmosféře odrazem, pohlcováním a rozptylem.

Pohlcování

má selektivní (výběrový) charakter, závisí na vlnové délce paprsků. Hlavní pohlcující složky atmosféry:

O₂, O ₃ .. zejména ultrafialové záření („ochranný štít“)

CO₂,H₂O .. zejména infračervené záření (skleníkový efekt)

Rozptyl

je dvojího druhu podle rozptylujících částic:

molekulární (Rayleighův) rozptyl – na atomech a molekulách

aerosolový rozptyl – na větších kapalných a pevných částicích

Záření se šíří od každé rozptylující částice na všechny strany, jako by byla zdrojem světelného záření. Světlo se v atmosféře rozptyluje natolik, že vzniká vjem bílého dne.

Intenzita molekulárního rozptylu

Tento tzv. Rayleighův zákon vyjadřuje, že záření kratších vlnových délek se rozptyluje na molekulách daleko více než záření s delšími vlnovými délkami.

Nejvíce se rozptyluje fialová a modrá. Rozptýlenou fialovou lidské oko špatně vnímá, a tak vzniká vjem modré oblohy.

Světlo zapadajícího Slunce a Měsíce prochází atmosférou po delší dráze, a tak se rozptýlí i další barvy spektra, nejméně však oranžová a červená, proto má zapadající Slunce a Měsíc načervenalou barvu.

Intenzita aerosolového rozptylu

Díky možným hodnotám ε je vliv vlnové délky na rozptyl menší a záření se rozptyluje rovnoměrněji. Větší podíl aerosolu tak způsobuje bílé až šedé zabarvení oblohy (například nízko nad obzorem, oblaka apod.).

Na částicích větších než 1 μm nedochází k rozptylu, ale k odrazu.