Užlaikytas saulėlydis • Hayk Hakobyan • Populiariosios mokslinės užduotys "Elementai" • Fizika

Užlaikytas saulėlydis

Užduotis

Jei staiga visa atmosfera Žemėje iš karto dingsta, tada saulė šioje keistoje dienoje išeis už horizonto šiek tiek anksčiau nei ji turėjo būti. Tai yra dėl atmosferos matome saulėlydį su tam tikru vėlavimu. Faktas yra tai, kad šviesos spinduliai yra užfiksuoti atmosferoje, nes skirtingo aukščio sluoksniai jų optinėmis savybėmis šiek tiek skiriasi (žr. Schemą). Koks yra maksimalus laikas dėl to gali atidėlioti saulėlydį? Paprastumo manymu, atmosferą sudaro vienas sferinis sluoksnis su pastoviu lūžio rodikliu n = 1,0003.

Pav. 1.


Užuomina

Pavyzdyje schematiškai parodyta SB saulės spindulių perdegimas į atmosferą. Jei stebėtojas yra A taške, tada lūžęs bangas BA ateis pas jį. Todėl jam atrodys, kad saulė yra taške S *.

Pav. 2


Sprendimas

Kaip matyti iš paraginimo įrankio paveikslo, paskutinę akimirką prieš Saulė visiškai nuslepia nuo žvilgsnio (šiuo metu stebintysis, stovintysis taške A, mato saulę taške S *), reali saulės šviesa (sija SB) nukrenta tiesiu kampu į EB normalus (E taškas yra Žemės centras).

Tokiu atveju refrakcijos teisė parašyta taip:

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

kur n – atmosferos lūžio rodiklis.

Jei atmosfera nebebuvo, tada saulėlydį (situacijoje, parodytą figūroje iš paragrafo) matytų kitas stebėtojas, esantis Žemėje taške B. Todėl laiko užlaikymas yra tiesiog laikas, per kurį žemė pasislenka per kampą δ = 90 ° – β (nuo ∠BAE = 90 °).

Iš pirmosios lygybės matome, kad β ≈ 88,6 °, taigi δ ≈ 1,4 °.

Dienos metu Žemė visiškai sukasi (360 °), o per minutę ji sukasi ketvirtadalį laipsnio. Todėl, esant δ kampui, žemė pasuks maždaug per 5,6 minutes. Tai yra pageidaujamas saulėlydžio vėlinimas dėl atmosferos.


Po žodžio

Iš tiesų atmosfera nėra vientisas sluoksnis su pastoviu lūžio rodikliu (užduoties metu pasirinkta 1.0003 vertė yra artima vidutiniam sausos oro koeficientui vandenyno lygmenyje), tačiau daugybė sluoksnių yra tarpusavyje su šiek tiek skirtingais koeficientais. Toks nevienalytiškumas atsiranda dėl to, kad įvairių aukščių atmosferos oras turi skirtingą sudėtį ir tankį. Todėl iš tikrųjų saulėlydis vėluoja apie 2 minutes. Aušra dėl tų pačių priežasčių atsiranda prieš 2 minutes, taigi "diena" trunka 4 minutes ilgiau, lyginant su hipotetiniu Žemėje be atmosferos.

Vėlavimas yra toli gražu ne vienintelis atmosferos optinių efektų pasireiškimas saulėlydžio metu.Pavyzdžiui, prieš pat saulėlydį Saulė šiek tiek suplakta vertikaliai (3 pav.). Taip yra dėl to, kad nuo apatinio Saulės krašto esanti šviesa yra šiek tiek didesnė už šviesą nuo viršutinio krašto, taigi akivaizdu, kad apatinis kraštas yra šiek tiek aukštesnis nei viršutinė, nei turėtų būti.

Pav. 3 Pilnas saulėlydžio ciklas Mojave dykumoje. Pirmaisiais dviem rėmeliais pastebima, kad saulės diskas šiek tiek suplakamas vertikaliai. Vaizdas iš en.wikipedia.org

Atmosfera taip pat yra atsakinga už raudonos spalvos saulėlydžio. Ir tas pats fizinis efektas, kuris "daro" saulėlydžio raudonumą, "daro" dienos šviesiai mėlyną spalvą. Šis reiškinys vadinamas Rayleigh išsisklaidimu: šviesos sklaidos dalelėmis, kurios yra daug kartų mažesnės nei šviesos bangos ilgis.

Oro molekulių ir vandens garų (<1 nm) charakteristika atmosferoje yra daug mažesnė už matomos šviesos bangų ilgį (~ 380-780 nm). Tai reiškia, kad saulės šviesos elgesį puikiai apibūdina Rayleigh išsisklaidymas. Kaip matyti iš 4 pav., Mėlyna šviesa yra išsisklaidusi 2-3 kartus stipresnė nei raudona. Taip pietų metu dangus atrodo mėlynas, nes mes matome mėlyną spalvą, išsklaidytą įvairiose atmosferos vietose, o raudona praeina beveik neišsklaidant nuo saulės.Kita vertus, kai saulė yra arti horizonto, mes galime matyti tik silpnai išsklaidytą šviesą (raudoną), o mėlynas komponentas yra beveik visiškai išsklaidytas.

Pav. 4 Atostogų šviesos procentas pagal Rayleigh išsisklaidymą, priklausomai nuo bangos ilgio. Paveikslėlis iš ru.wikipedia.org

Saulėlydyje yra dar vienas labai įdomus reiškinys – žalia blykstė (kartais vadinama žalia spinduliu). Ši blykstė įvyksta per paskutines sekundes, kol saulė neapsiribos horizontu: žvilgsnis tampa akivaizdus. Bet kodėl jis tiksliai žalia? Galima vis tiek suprasti, ar blyksnis buvo mėlynas: mėlyna šviesa labiausiai užstringa, ir tai būtų logiška pastarajam matyti. Čia viskas paaiškinama aptariamo poveikio deriniu – refrakcija ir Rayleigh išsisklaidymas: mėlyna spalva labai skleidžia, ypač praeina per storą atmosferos sluoksnį horizonte, tačiau žalia jau gana stipriai lūžta, bet vis tiek nepakankamai išgaruoja.

Pav. 5 Žalia blykstė saulėlydyje. Šį reiškinį galite stebėti saulėlydžio ar saulėtekio metu, jei saulė išsidėsto per atvirą horizontą, o oras yra švarus.Plati akimi pamatyti blykstę yra gana sunku, nes saulė, net saulėlydžio, yra gana ryški. Vaizdas iš en.wikipedia.org


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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