Forsinket solnedgang • Hayk Hakobyan • Populære videnskabsopgaver på "Elements" • Fysik

Forsinket solnedgang

opgave

Hvis pludselig hele atmosfæren på jorden forsvinder med det samme, så vil solen på denne underlige dag gå ud over horisonten lidt tidligere end det burde have været. Det er på grund af atmosfæren vi ser solnedgangen med lidt forsinkelse. Faktum er, at lysstrålerne brydes i atmosfæren, fordi dets lag i forskellige højder afviger lidt i deres optiske egenskaber fra hinanden (se diagram). Hvad er den maksimale tid kan forsinke solnedgangen på grund af dette? For at forenkle, antage at atmosfæren består af et enkelt sfærisk lag med et konstant brydningsindeks n = 1,0003.

Fig. 1.


hjælpe

Figuren viser skematisk refraktionen af ​​solstrålen SB, når den kommer ind i atmosfæren. Hvis observatøren er ved punkt A, så kommer den refrakterede stråle BA til ham. Derfor vil det virke for ham, at solen er på punktet S *.

Fig. 2.


beslutning

Som det fremgår af figuren i værktøjstipen, i sidste øjeblik, før solen helt skjuler fra visningen (i øjeblikket falder observatøren stående ved punkt A i solen ved punkt S *) falder det rigtige lys fra Solen (stråle SB) i en ret vinkel til EB normal (punkt E er midten af ​​jorden).

Brekningsloven i dette tilfælde er skrevet som:

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

hvor n – atmosfærens brydningsindeks

Hvis atmosfæren var fraværende, ville solnedgangen (i den situation, der er afbildet i figuren fra værktøjstipen) ses af en anden observatør, der er på jorden ved punkt B. Derfor er tidsforsinkelsen simpelthen den tid, det tager Jorden at dreje gennem en vinkel δ = 90 ° – β (siden ∠BAE = 90 °).

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

Om dagen gør jorden en fuld rotation (360 °), og om et minut drejer det sig om en fjerdedel af en grad. Derfor, i en vinkel δ, vil jorden dreje omkring 5,6 minutter. Dette er den ønskede forsinkelse af solnedgang på grund af atmosfæren.


efterskrift

Faktisk er atmosfæren ikke et ensartet lag med et konstant brydningsindeks (værdien af ​​1.0003 valgt i opgaven ligger tæt på den gennemsnitlige koefficient for tør luft ved havniveau), men mange lag overlejres på hinanden med lidt forskellige koefficienter. Sådan heterogenitet opstår på grund af det faktum, at atmosfæriske luft i forskellige højder har forskellig sammensætning og densitet. Derfor er forsinkelsen i virkeligheden ca. 2 minutter. Daggry af samme årsag opstår 2 minutter tidligere, og dermed "dagen" varer 4 minutter længere sammenlignet med den hypotetiske jord uden atmosfære.

Forsinkelse er langt fra den eneste manifestation af atmosfæriske optiske effekter under solnedgang.For eksempel, lige før solnedgangen, forekommer Solen let fladt lodret (Fig. 3). Dette skyldes det faktum, at lyset fra solens nedre kant brydes lidt mere end lyset fra den øvre kant, så den tilsyneladende position af underkanten er lidt højere i forhold til toppen end den burde have været.

Fig. 3. Fuld solnedgang cyklus i Mojave ørkenen. I de to første rammer er det mærkbart, at solskiven er let fladt lodret. Billede fra en.wikipedia.org

Atmosfæren er også ansvarlig for solnedgangens røde farve. Og den samme fysiske effekt som "gør" solnedgange rød, "gør" dagtimerne himmelblå. Dette fænomen kaldes Rayleigh-spredning: Lysets spredning af partikler, der er mange gange mindre end lysets bølgelængde.

De karakteristiske størrelser af luftmolekyler og vanddamp (<1 nm) i atmosfæren er meget mindre end synlige lysets bølgelængder (~ 380-780 nm). Det vil sige, at sollysets opførsel er perfekt beskrevet af Rayleigh-spredning. Som det fremgår af figur 4, er det blå lys spredt 2-3 gange stærkere end rødt. Og så om eftermiddagen ser himlen blå ud, da vi ser blå farve spredt i forskellige punkter i atmosfæren, mens rødt passerer næsten uden at sprede sig fra Solen.På den anden side, når solen ligger tæt på horisonten, kan vi kun se svagt diffust lys (rødt), mens den blå komponent næsten er helt dispergeret.

Fig. 4. Procentdelen af ​​spredt lys i Rayleigh-spredning, afhængigt af bølgelængden. Billede fra ru.wikipedia.org

Der er et andet meget interessant fænomen ved solnedgang – den grønne flash (undertiden kaldes den grønne stråle). Denne flash forekommer i de allerførste sekunder, før solen går ud over horisonten: En grøn glød bliver synlig i et stykke tid. Men hvorfor er han lige grønt? Man kunne stadig forstå, om flashen var blå: Det blå lys brydes mest og det ville være logisk for sidstnævnte at se det. Her forklares alt af kombinationen af ​​de diskuterede effekter – refraktion og Rayleigh-spredning: den blå farve er meget spredende, især gennem et tykt lag af atmosfæren i horisonten, men grønt er allerede ret stærkt brat, men ikke tilstrækkeligt spredt.

Fig. 5. Grøn flash ved solnedgang. Du kan se dette fænomen ved solnedgang eller ved solopgang, hvis solen sætter sig over den åbne horisont, og luften er ren.Til det blotte øje for at se flashen er det ganske svært, fordi solen er ret lys selv ved solnedgang. Billede fra en.wikipedia.org


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

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