Forsinket solnedgang • Hayk Hakobyan • Populære vitenskapsoppgaver på "Elements" • Fysikk

Forsinket solnedgang

oppgave

Hvis plutselig hele atmosfæren på jorden forsvinner på en gang, så vil Solen på denne underlige dagen gå utover horisonten litt tidligere enn det burde vært. Det er på grunn av atmosfæren vi ser solnedgangen med litt forsinkelse. Faktum er at lysstrålene brytes i atmosfæren, fordi lagene i forskjellige høyder avviger noe i optiske egenskaper fra hverandre (se diagram). Hva er maksimal tid kan forsinke solnedgangen på grunn av dette? For å forenkle, antar at atmosfæren består av et enkelt sfærisk lag med en konstant brytningsindeks n = 1,0003.

Fig. 1.


hjelpe

Figuren viser skjematisk brekningen av solstrålen SB når den kommer inn i atmosfæren. Hvis observatøren er ved punkt A, vil den brente strålen BA komme til ham. Derfor vil det virke for ham at Solen er på punktet S *.

Fig. 2.


beslutning

Som det fremgår av figuren i verktøytipset, i siste øyeblikk før solen helt gjemmer seg fra visningen (for øyeblikket faller observatøren som står ved punkt A, Solen ved punkt S *) faller det virkelige lyset fra Solen (stråle SB) i en rett vinkel til EB normal (punkt E er midtpunktet av jorden).

Brekningsloven i dette tilfellet er skrevet som:

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

hvor n – Brekningsindeksen til atmosfæren.

Hvis atmosfæren var fraværende, ville solnedgangen (i situasjonen avbildet i figuren fra verktøytipset) bli sett av en annen observatør som er på jorden ved punkt B. Derfor er tidsforsinkelsen rett og slett den tiden det tar Jorden å vende seg gjennom en vinkel δ = 90 ° – β (siden ∠BAE = 90 °).

Fra den første likestilling finner vi at β ≈ 88,6 °, og derfor δ ≈ 1,4 °.

I løpet av dagen gjør jorden en full rotasjon (360 °), og om et minutt roterer det en fjerdedel av en grad. Derfor, i en vinkel på 8, vil jorden dreie seg om 5,6 minutter. Dette er den ønskede forsinkelsen av solnedgang på grunn av atmosfæren.


etterord

Faktisk er atmosfæren ikke et jevnt lag med en konstant brytningsindeks (verdien av 1.0003 som er valgt i oppgaven ligger nær gjennomsnittlig koeffisient for tørr luft på havnivå), men mange lag overlappes på hverandre med litt forskjellige koeffisienter. Slike heterogenitet oppstår på grunn av at atmosfærisk luft i forskjellige høyder har forskjellig sammensetning og tetthet. Derfor, i virkeligheten, er solnedgang forsinkelsen ca 2 minutter. Gryte av samme grunner oppstår 2 minutter tidligere, og dermed "dagen" varer 4 minutter lenger i forhold til den hypotetiske jorden uten atmosfære.

Forsinkelse er langt fra den eneste manifestasjonen av atmosfæriske optiske effekter under solnedgang.For eksempel, umiddelbart før solnedgang virker noe avflatet i vertikal (fig. 3). Dette skyldes det faktum at lyset fra den nedre kant av solen brytes litt større enn lyset fra den øvre kant, slik at den tilsynelatende posisjon av den nedre kanten er noe høyere i forhold til topp enn det burde være.

Fig. 3. Full solnedgangssyklus i Mojave-ørkenen. De første to rammer merkbart at solskiven er litt flattrykt vertikalt. Bilde fra en.wikipedia.org

Atmosfæren er også ansvarlig for solnedgangens røde farge. Og det samme fysisk effekt, som "gjør" rød solnedgang "gjør" dagtid himmelen blå. Dette fenomenet kalles Rayleigh-spredning: spredning av lys med partikler som størrelse er mye mindre enn bølgelengden til lyset.

De typiske dimensjoner av luft og vanndampmolekyler (<1 nm) i atmosfæren er mye mindre enn bølgelengden til synlig lys (~ 380-780 nm). Det vil si at oppførselen til sollys er perfekt beskrevet av Rayleigh-spredning. Som det fremgår av figur 4, er det blå lyset spredt 2-3 ganger sterkere enn rødt. Og så dagen himmelen ser blå ut, som vi ser blått, spredt i ulike deler av atmosfæren, mens den røde fra solen går nesten uten spredning.På den annen side, når solen er nær horisonten, kan vi bare se svakt diffust lys (rødt), mens den blå komponenten er nesten helt forsvunnet.

Fig. 4. Prosentandelen av spredt lys i Rayleigh-spredning, avhengig av bølgelengden. Bilde fra ru.wikipedia.org

Det er et annet veldig interessant fenomen ved solnedgang – en grønn flash (noen ganger kalt en grønn stråle). Denne blitsen skjer i de aller siste sekundene før solen går utover horisonten: En grønn glød blir synlig en stund. Men hvorfor er han akkurat grønn? Man kan fortsatt forstå om blitsen var blå: det blå lyset brytes mest, og det ville være logisk for sistnevnte å se det. Her forklares alt av kombinasjonen av effektene som diskuteres – brytning og Rayleigh-spredning: den blå farge er meget spredende, særlig gjennom et tykt lag av atmosfæren i horisonten, men grønt er allerede ganske sterkt brekende, men ikke tilstrekkelig spredt.

Fig. 5. Grønn blits ved solnedgang. Du kan se dette fenomenet ved solnedgang eller ved soloppgang, hvis solen går over den åpne horisonten, og luften er ren.Til det blotte øye for å se blitsen er ganske vanskelig, fordi solen, selv ved solnedgang, er ganske lys. Bilde fra en.wikipedia.org


Like this post? Please share to your friends:
Legg att eit svar

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