5. Рефракция света в атмосфере.

Для наблюдения многих интересных явлений наблюдаемых при закате (восходе) солнца, необходимо учитывать рефракцию света в атмосфере. Под этим термином понимают искривление световых лучей при прохождении в атмосфере, вызванное оптической неоднородностью атмосферного воздуха. Здесь речь идет не о тех локальных неоднородностях, которые связаны с флуктуациями плотности воздуха, а об изменениях плотности воздуха (значит, и показателя преломления) с высотой или при нагревании и охлаждении.

Показатель преломления среды n = c / v , где с – скорость света в вакууме, а v – скорость света в данной среде; скорость v всегда меньше скорости с и зависит от плотности среды. Чем плотнее воздух, тем меньше v и, значит, тем больше показатель преломления воздуха. Плотность воздуха понижается при переходе от нижних слоев атмосфера к верхним. Уменьшается она также с нагреванием и зависит от ветра.

Различают астрономическую и земную рефракцию. В первом случае рассматривается искривление световых лучей, приходящих к земному наблюдателю от небесных тел (Солнца, Луны, звезд, искусственных спутников), а во втором – от земных объектов. В обоих случаях вследствие искривления лучей наблюдатель видит объект не в том направлении, которое соответствует действительности; объект может представляться искаженным. Возможно наблюдение объекта даже тогда, когда тот находится за линией горизонта.

Представим на минуту, что атмосфера состоит из оптически однородных горизонтальных слоев; показатель преломления скачком меняется от слоя к слою, постепенно возрастая при переходе от верхних слоев к нижним. Такая ситуация показана на рисунке 7, где атмосфера условно представлена в виде трех слоев с показателями преломления n 1 , n 2 , n 3 , причем n 1 < n 2 < n 3 . Это и есть известный закон преломления света на границе двух сред. Применяя этот закон к нашей слоистой атмосфере, приходим к выводу, что траектория светового луча, приходящего к земному наблюдателю от некоторого заатмосферного объекта, должна иметь вид ломаной линии.

В действительности световой луч представляет собой не ломаную, а кривую линию.