Прежде чем луч света от удалённого космического объекта (например, звезды) сможет попасть в глаз наблюдателя, он должен пройти сквозь земную атмосферу. При этом световой луч подвергается процессам рефракции (преломления), поглощения и рассеяния.

Попадая в атмосферу Земли, луч в результате преломления отклоняется от прямой линии по направлению к Земле. Это явление называется рефракцией. По мере приближения к поверхности Земли плотность атмосферы растёт, и лучи преломляются всё сильнее. В результате все небесные тела, за исключением тех, что находятся в зените, кажутся на небе выше, чем они есть на самом деле (см. рисунок). Угол α между истинным и видимым направлениями на звезду называется углом рефракции. Звёзды вблизи горизонта, свет которых должен пройти через большую толщу атмосферы, сильнее всего подвержены действию атмосферной рефракции (угол рефракции составляет порядка 1/6 углового градуса).

Видимое смещение (обозначено пунктиром)

для истинных звёзд S₁ и S₂. Наблюдатель находится в точке О

Наличие атмосферных слоёв с различной плотностью, температурой и составом и существование вертикальных и горизонтальных перемещений этих слоёв могут создавать переменную рефракцию, которая приводит к видимому мерцанию звёзд.

К другим астрономическим явлениям, связанным с рефракцией света в атмосфере, относится освещение диска Луны красноватым светом во время полных лунных затмений. Такое освещение создаётся солнечными лучами, которые из-за преломления в атмосфере попадают в конус земной тении, соответственно, на поверхность Луны.

Задание №1.

Какое(-ие) утверждение(-я) справедливо(-ы)?

А. Для звезды, находящейся в зените, угол рефракции равен нулю.

Б. Наблюдатель на Земле может видеть только те звёзды, истинное положение которых выше горизонта.

1) только А.

2) только Б.

3) и А, и Б.

4) ни А, ни Б.

Задание №2.

Ещё в древности Птолемей (2 век) описал кажущееся изменение формы диска Солнца, когда оно находится у горизонта. Сплюснутым или растянутым по вертикали будет казаться диск Солнца у горизонта? Ответ поясните.

Задание №3.

Рефракцией света в атмосфере называется атмосферно-оптическое явление, вызываемое

1)поглощением световых лучей в атмосфере.

2)преломлением световых лучей в атмосфере.

3)рассеянием световых лучей в атмосфере.

4)поглощением, преломлением и рассеянием световых лучей в атмосфере.

Текст 5. Мираж.

Мираж – оптическое явление, возникающее в результате искривления хода световых лучей в неравномерно нагретых слоях воздуха.

Мираж можно наблюдать не только в жарких пустынях, но и в холодной Арктике. В зависимости от расположения слоёв воздуха с разной температурой миражи бывают двух типов: нижние и верхние. Нижним называется мираж, который появляется, если у поверхности земли образуется слой более горячего воздуха. Чаще всего они возникают в пустыне, но бывают и в средней полосе. Если мы посмотрим на асфальт жарким летним днём, то иногда увидим небольшие «лужи», которые возникают в мареве на шоссе. Это и есть нижний мираж.

Рассмотрим, как же он возникает. Нагретый воздух имеет более низкую плотность, чем холодный, а коэффициент преломления воздуха сильно зависит от его плотности. Поэтому отдельные слои мы можем рассматривать как плоскопараллельные пластинки с разным показателем преломления. Световой луч, проходящий через такие пластинки, распространяется не по прямой, а отклоняется в сторону более плотного слоя (рис. 1).

Рис. 1

Нижние миражи дают возможность увидеть кусочек неба, и это вызывает иллюзию водной глади, в которой отражается голубое небо. Путешественники в пустыне видят иногда точно такие же «озёра» и думают, что это спасительный водоём (рис. 2).

В Арктике можно увидеть верхние миражи, которые образуются над поверхностью Северного Ледовитого океана. Вода в нём, как правило, не прогревается выше 8 °С, а воздух, принесённый с континента, может иметь температуру +30 °С. Поэтому слои расположены иначе: холодный воздух – внизу, а тёплый – наверху. Такое положение более стабильно: холодный воздух тяжелее и не стремится подняться вверх. Лучи при переходе из тёплого слоя в холодный слой отклоняются вниз. В итоге, мы начинаем видеть гораздо дальше, горизонт от нас отодвигается, как будто Земля становится более плоской. Чем больше разница температур между слоями, тем сильнее лучи отклоняются от прямолинейной траектории.

При очень большом отклонении видимый горизонт будет располагаться гораздо выше реального, и если там есть острова или льды, то Земля и вовсе будет напоминать блюдце с поднятыми краями.

Если же образуются чередующиеся слои разных температур, то миражи получаются слоистыми, причём каждый второй мираж оказывается перевёрнутым, как будто отражённым в зеркале. История знает немало случаев, когда верхние миражи были причиной географических открытий. Так, например, некоторые историки считают, что плавание скандинавских викингов из Исландии в Гренландию в 982 году и плавание из Гренландии в Северную Америку были вызваны верхними миражами. Изменив ход лучей, они сделали видимыми горы, невидимые в обычном состоянии, и побудили к дальнему плаванию.

Задание №1.

При переходе в более плотную среду световой луч

1) отклоняется в сторону более плотной среды.

2) отклоняется в сторону менее плотной среды.

3) разворачивается на 90°.

4) полностью отражается.

Задание №2.

Возможны ли в пустыне миражи в виде пальм?

1) не возможны, так как плотность воздуха с высотой всегда увеличивается.

2) возможны, но только в условиях песчаной бури.

3) не возможны, так как нижний мираж – это изображение кусочка неба, а пальм там нет.

4) возможны, при наличии более горячих слоёв воздуха, принесённых ветром из других районов пустыни..

Задание №3.

Нижний мираж образуется, если

1) у поверхности земли образуется слой более горячего воздуха.

2) у поверхности земли образуется слой более холодного воздуха.

3) слои горячего и холодного воздуха чередуются.

4) воздух равномерно прогрет.

Занятие 4.

«Волновая оптика»