Zakasnitev sončnega zahoda • Hayk Hakobyan • Glasbene naloge na "Elementih" • Fizika

Zakasnitev sončnega zahoda

Naloga

Če nenadoma celotno vzdušje na Zemlji izgine takoj, potem bo Sonce v tem čudnem dnevu prešlo čez obzorje nekoliko prej kot bi bilo. To pomeni, da zaradi vzdušja z zakasnitvijo vidimo sončni zahod. Dejstvo je, da so žarki svetlobe lomljeni v atmosferi, ker se njegove plasti na različnih višinah rahlo razlikujejo med svojimi optičnimi lastnostmi (glej diagram). Kakšen je največji čas lahko zakasnitev sončnega zahoda zaradi tega? Za enostavnost predpostavimo, da je atmosfera sestavljena iz ene sferične plasti s stalnim refrakcijskim indeksom n = 1,0003.

Sl. 1.


Namig

Številka shematično prikazuje refrakcijo sončnega žarka SB ob vstopu v ozračje. Če je opazovalec v točki A, se mu pride prerezani žarek BA. Zato se mu bo zdelo, da je Sonce na točki S *.

Sl. 2


Rešitev

Kot je razvidno iz slike v opisu orodja, se v zadnjem trenutku, preden se Sonce popolnoma skriva od pogleda (v tem trenutku opazovalec, ki stoji na točki A, vidi Sonce na točki S *), se prava svetloba Sonca (žarka SB) pade pod pravim kotom na EB normalno (točka E je središče Zemlje).

Zakon o lomljenju v tem primeru je napisan kot:

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

kjer n – lomni količnik atmosfere.

Če atmosfero ni bilo, potem je sončni zahod (v situaciji, prikazanem na sliki iz opisa orodja) videl drugi opazovalec, ki je na Zemlji v točki B. Zato je časovna zakasnitev preprosto čas, v katerem zemlja preide skozi kot δ = 90 ° – β (od ∠BAE = 90 °).

Iz prve enačbe ugotavljamo, da je β ≈ 88,6 °, torej δ ≈ 1,4 °.

Danes se zemlja vrti v polni smeri (360 °) in čez minuto vrti četrto stopnjo. Zato se pod kotom δ zemlja obrne v približno 5,6 minut. To je želena zamuda sončnega zahoda zaradi atmosfere.


Poročilo

Dejansko atmosfera ni enakomerna plast s konstantnim refrakcijskim indeksom (vrednost 1.0003, izbrana v nalogi, je blizu povprečnemu koeficientu suhega zraka na nivoju oceana), vendar je veliko slojev, ki se med seboj prekrivajo z nekoliko drugačnimi koeficienti. Takšna heterogenost nastane zaradi dejstva, da ima atmosferski zrak na različnih višinah različno sestavo in gostoto. Zato je zakasnitev zakasnitve v resnici približno 2 minuti. Dawn iz istih razlogov se zgodi 2 minuti prej, zato "dan" traja 4 minute dlje v primerjavi s hipotetično Zemljo brez ozračja.

Zamuda je daleč od edinega izraza atmosferskih optičnih učinkov med sončnim zahodom.Na primer, tik pred sončnim zahodom se Sonce zdi rahlo sploščeno navpično (slika 3). To je posledica dejstva, da je svetloba spodnjega roba Sonca prelomljena nekoliko več kot svetloba zgornjega roba, zato je navidezni položaj spodnjega roba nekoliko višji glede na vrh, kot bi moral biti.

Sl. 3 Celoten cikel sončnega zahoda v puščavi Mojave. V prvih dveh okvirjih je opazno, da je sončna plošča rahlo sploščena navpično. Slika iz en.wikipedia.org

Vzdušje je odgovorno tudi za rdečo barvo sončnega zahoda. In isti fizični učinek, ki "naredi" sončni zahodi rdeče, "naredi" dnevno nebo modro. Ta pojav se imenuje Rayleighovo raztresenje: razprševanje svetlobe z delci, ki so veliko krat manjša od valovne dolžine svetlobe.

Značilne velikosti molekul zraka in vodne pare (<1 nm) v ozračju so veliko manjše od valovnih dolžin vidne svetlobe (~ 380-780 nm). To pomeni, da je Rayleighovo razprševanje popolnoma opisano obnašanje sončne svetlobe. Kot je razvidno iz slike 4, je modra svetloba razpršena 2-3 krat močnejša od rdeče. In tako popoldne nebo izgleda modro, saj vidimo modro barvo, razpršeno v različnih točkah atmosfere, rdeče pa skoraj brez razpršenja od Sonca.Po drugi strani pa, ko je sonce blizu obzorja, lahko vidimo šibko razpršeno svetlobo (rdeča), medtem ko je modra komponenta skoraj popolnoma razpršena.

Sl. 4 Odstotek razpršene svetlobe v Rayleighovem razprševanju, odvisno od valovne dolžine. Slika od ru.wikipedia.org

Ob sončnem zahodu je še en zelo zanimiv fenomen – zelena bliskavica (včasih imenovana zeleni žarek). Ta bliskavica se pojavi v zadnjih nekaj sekundah, preden Sonce preseže obzorje: zeleni sij se nekaj časa vidi. Toda zakaj je ravno zelen? Še vedno bi lahko razumeli, če je bila bliskavica modra: modra svetloba je najpogostejša, zato bi bilo logično, da ga bo videl. Tukaj je vse pojasnjeno s kombinacijo obravnavanih učinkov – refrakcijo in Rayleighovo razprševanje: modra barva je zelo razpršena, zlasti pa gre skozi debelo plast ozračja na obzorju, zelena pa je že precej močno refrakcijska, a ne dovolj razpršena.

Sl. 5 Zelena bliskavica ob sončnem zahodu. Ta pojav lahko gledate ob sončnem zahodu ali pri sončnem vzhodu, če sonce postane odprto obzorje in zrak je čist.Golim očesom je videti precej težko, saj je sonce, tudi ob sončnem zahodu, precej svetlo. Slika iz en.wikipedia.org


Like this post? Please share to your friends:
Dodaj odgovor

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