Astronomia
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
  Jesteś tutaj:   Wirtualny Wszechświat > Astronomia  
  Tematy
- Historia astronomii
- Narzędzia i metody astronomii
- Astronomia sferyczna i praktyczna
- Badania kosmiczne
- Układ Słoneczny
- Słońce
- Galaktyki
- Kosmologia
- Gwiazdozbiory całego roku
- Eseje

  Szukacz




Refrakcja,
czyli zasada nieoznaczoności wschodów i zachodów Słońca

 
<< powrót...
 
 [ 1 ]   [ 2 ]

Jak bardzo zatem może różnić się refrakcja obliczona według standardowego modelu atmosfery od refrakcji w prawdziwej, kapryśnej atmosferze? Badania takie przeprowadził kilka lat temu amerykański astronom Bradley E. Schaefer. Ich wyniki okazały się dość niezwykłe. Schaefer skorzystał ze wskazówki holenderskiego astronoma Marcela Minnaerta, który w swej słynnej książce Światło i barwa w przyrodzie zauważył, że bardzo prostym sposobem określenia wielkości refrakcji przy horyzoncie jest pomiar czasu zachodu Słońca. Jeśli obserwacje prowadzi się nad morzem, można z dużą dokładnością odnotować moment, kiedy ostatni skrawek słonecznej tarczy chowa się za horyzontem. Obserwowana wysokość górnego brzegu tarczy Słońca wynosi wówczas 0o (astronomowie wolą czasem mówić, że odległość od zenitu równa jest wtedy 90o). Jednocześnie, mając zanotowany czas obserwacji i posługując się rocznikiem astronomicznym, możemy obliczyć prawdziwą, nie zaburzoną refrakcją wysokość Słońca nad horyzontem dla danego miejsca na kuli ziemskiej. Wysokość ta to, jak już zauważyliśmy, wartość refrakcji. Seria takich pomiarów daje możliwość przekonania się, jak bardzo refrakcja zmienia się z dnia na dzień, co samo w sobie wystarczy do zorientowania się, na ile dokładne jest korzystanie ze średniego, niezmiennego modelu atmosfery, według którego oblicza się refrakcję.

Między majem 1988 a grudniem 1989 roku Schaefer ze swymi współpracownikami wykonał serię 116 pomiarów momentów całkowitego zniknięcia Słońca za horyzontem. Obserwacje prowadzono na Wyspach Hawajskich i z wybrzeży Chile. Czas był odnotowywany z dokładnością do sekundy, co w zupełności wystarcza w tego rodzaju obserwacjach. Po opracowaniu uzyskanych danych okazało się, że średnia wielkość refrakcji dla zerowej wysokości nad horyzontem wynosi 0,551o. Mniej więcej taka sama jest refrakcja obliczona na podstawie standardowego modelu atmosfery; dla średnich wartości temperatury i ciśnienia program daje 0,569o. Jak się jednak okazało, obserwowana refrakcja może zmieniać się z dnia na dzień nawet od 0,2o do 1,7o, czego nie uwzględnia żaden z istniejących i stosowanych do obliczeń modeli.



Według wyników badań Schaefera zachód (i wschód) Słońca może nastąpić nawet o 4 minuty wcześniej (R1, mniejsza refrakcja) lub później (R2, większa refrakcja) niż przewiduje to standardowa teoria refrakcji (R). W naszej szerokości geograficznej Słońce chowa się wówczas za horyzont w miejscu odległym o mniej więcej 0,8o na południe (R1) lub o 0,8o na północ (R2) od punktu zachodu przewidzianego przez teorię (średnica tarczy Słońca jest równa około 0,5o).
   

Co to oznacza, łatwo zrozumieć, kiedy przetłumaczy się owe dość abstrakcyjne wielkości na czasy wschodów i zachodów Słońca. Refrakcja wpływa przecież na wysokość Słońca nad horyzontem, od jej wartości zależy więc moment zetknięcia się Słońca z linią horyzontu. Przy określaniu tego momentu roczniki astronomiczne posługują się modelem standardowym. Zaobserwowany przez Schaefera rozrzut w wielkości refrakcji pokazuje, że prawdziwy czas wschodu lub zachodu Słońca może się różnić od obliczonego nawet o 4 minuty!

Drugim niezwykle ciekawym wynikiem poszukiwań Schaefera jest odkrycie, że dla tego samego dnia istnieć może systematyczna różnica - wynosząca około 40% wartości bezwzględnej - między refrakcją podczas wschodu i refrakcją podczas zachodu (rysunek poniżej). Odstępstwa tego nie da się w żaden sposób wytłumaczyć zmianami w najważniejszych parametrach atmosfery standardowej - temperaturze i ciśnieniu. Zanotowane podczas obserwacji różnice tych dwóch wielkości dla wschodu i zachodu mogłyby odpowiadać jedynie za jakieś 2% zmiany refrakcji.



Analizując rezultaty obserwacji wykonanych przez personel Obserwatorium Marynarki Wojennej USA, Schaefer zauważył, że w tym samym dniu refrakcja podczas wschodu Słońca może być większa od refrakcji podczas zachodu Słońca średnio o 40%. Żaden standardowy model atmosfery nie jest w stanie wytłumaczyć tak dużej różnicy.
   

Okazuje się, że standardowy model nie jest wystarczająco czuły na wahania temperatury. Gdyby bowiem w tym samym dniu różnica w temperaturze między wschodem i zachodem wynosiła aż 27oC, zmiana wartości refrakcji według modelu standardowego sięgałaby jedynie 16%. Należałoby zatem przyjąć, że zaobserwowana systematyczna zmiana refrakcji wynika z nie uwzględnianej w modelu teoretycznym różnicy w strukturze najniższych warstw atmosfery porannej i wieczornej.

Wyniki badań Schaefera stosują się również do tych ciał niebieskich, które są na tyle jasne, że można je obserwować do samej linii horyzontu. Nie dotyczy to gwiazd, nawet tych najjaśniejszych, gdyż można je dostrzec dopiero od pewnej wysokości nad horyzontem. Wcześniej atmosfera skutecznie blokuje biegnące od nich światło. Natomiast Księżyc i Wenus są na tyle jasne, że - podobnie jak w wypadku Słońca - możemy śledzić ich zachody i wschody.

Jarosław Włodarczyk

Wyniki omawianych tutaj badań zostały opublikowane w: B. E. Schaefer, W. Liller: Refraction Near the Horizon, "Publications of the Astronomical Society of Pacific", t. 102 (1990), s. 796.

Tekst niniejszy jest fragmentem książki:
Jarosław Włodarczyk: Wędrówki niebieskie, czyli Wszechświat nie tylko dla poetów. Prószyński i S-ka, Warszawa 1999.

 [ 1 ]   [ 2 ]

<< powrót...

Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach