Atmosfærisk optik

Atmosfærisk optik  er en gren af ​​atmosfærisk fysik , der studerer udbredelsen af ​​optisk stråling i atmosfæren . Atmosfærisk optik undersøger de fysiske og kemiske processer, der bestemmer atmosfærens optiske tilstand, mekanismerne for klimadannelse og -ændring baseret på de optisk signifikante komponenter i atmosfæren, samt de processer i atmosfæren, der bestemmer strålingsregimet og klimaet i atmosfæren. jorden. Inden for rammerne af fysisk optik udvikles der også metoder til at studere miljøet .

Sektioner af atmosfærisk optik omfatter molekylær spektroskopi, udbredelse af optiske bølger, atmosfærisk korrektion, fjerndiagnostik af miljøet, udvikling af optiske egenskaber under indflydelse af naturlige og menneskeskabte faktorer.

Atmosfærisk optik er tæt knyttet til studiet af kolloidernes og aerosolernes optik, planetariske atmosfærer, havets optik, strålingsvarmeoverførsel osv. [1] Atmosfærisk optik er forbundet med opdagelsen af ​​fænomenet strålingsspredning, bestemmelsen af Avogadro-tallet , beviset for atmosfærens molekylære struktur og den kinetiske teori om gasser , osv. [2] Atmosfærisk optik finder anvendelse ved løsning af problemer inden for fysisk kemi, astrofysik , oceanologi , teknologi [1] , meteorologi , transport, landbrug. teknologi, lysteknik, balneologi, astrofysik osv. [2]

Historie

Atmosfærisk optik er en af ​​de ældste videnskaber, den opstod for flere tusinde år siden, da mennesket først begyndte at systematisere sine observationer af himlen. Indtil begyndelsen af ​​det 20. århundrede brugte atmosfærisk optik hovedsageligt visuelle observationsmetoder, videnskabsmænd var primært interesserede i fænomenologiske fænomener: daggry , regnbuer , glorier , kroner , gloriaer , luftspejlinger , falske sole [1] , himlens farve [2] og skyer. Disse fænomener opstår under spredning af lysstråler fra solen i atmosfæren og afhænger stærkt af strålingens bølgelængder. [3] . Moderne atmosfærisk optik studerer udbredelsen, transformationen og genereringen af ​​elektromagnetiske bølger i en lang række bølgelængder: fra ultraviolet til radioemission [4] .

Illusionen om Solens og Månens skiftende størrelse nær horisonten

I det IV århundrede. f.Kr e. Aristoteles skrev i sin " Meteorology " om illusionen om en stigning i størrelsen af ​​Solen, Månen, stjernebilleder og andre objekter på himlen, der er tæt på horisonten (den omtrentlige forskel i størrelse når 3-4 gange). Aristoteles forklarede denne illusion ved astronomisk brydning , det vil sige stigningen i størrelsen af ​​objekter skabt af atmosfæren. I det 2. århundrede forklarede Ptolemæus illusionen ved at sige, at der ikke er nogen sekvens af mellemobjekter i afstanden fra en person til Månen, så Månen dukker mere op i horisonten. I det 11. århundrede foreslog den arabiske lærde Alhazen i sin bog om optik, at illusionen opstår i det menneskelige hoved og er et subjektivt fænomen. I det 13. århundrede forklarede Roger Bacon , Witelo og John Peckham, baseret på Alhazen, illusionen med de psykofysiologiske træk ved vores syn og bekræftede derved Alhazens teori og afviste Ptolemæus' teori. I vore dage forklares denne illusion af den menneskelige opfattelses ejendommelighed. For en person fremstår himlen som en fladtrykt kuppel, hvorpå alle himmellegemer er placeret. I denne projektion forekommer objekter nær horisonten fjernere end dem, der er placeret i zenit. Derfor øges et objekt af samme størrelse visuelt, når det projiceres til horisonten og falder - når det projiceres til zenit [3] . Men i Helen Ross's (2002) bog The Riddle of the Lunar Illusion, som undersøger forskellige teorier for at forklare illusionen, konkluderer forfatteren, at "ingen enkelt teori har vundet" [5] .

Spørgsmål om farven på himlen og solen

I det 16. århundrede forklarede Leonardo da Vinci himlens blåhed med, at den hvide luft mod verdensrummets mørke baggrund virker blå. L. Euler mente (1762), at "luftpartiklerne selv har en blålig farvetone og i den samlede masse skaber en intens blå." I begyndelsen af ​​det 18. århundrede forklarede I. Newton himlens farve ved interferensrefleksion af sollys fra de mindste dråber vand, altid svævende i luften. Spørgsmålet om den blå himmel bekymrede forskerne så meget, at de udførte eksperimenter med spredning af lys i væsker og gasser. Dette bevises af titlerne på deres værker: "Om himlens blå farve, lysets polarisering ved overskyet stof i almindelighed" af D. Tyndall , "Modellering af himlens blå farve", osv. [3] fysikerne Rayleigh , L. Og Mandelstam et al. De forklarede himlens blå farve ved, at lys med kortere bølgelængder (den blå del af det synlige spektrum) er bedre spredt af udsving i lufttætheden (tilfældigt placerede koncentrationer og sjældnerier) . I 1908 og 1910 blev teorien om lysspredning ved luftfluktuationer udviklet af M. Smoluchowski og A. Einstein [1] .

Purkyne effekt

I 1818 henledte Jan Purkinė opmærksomheden på ændringen i opfattelsen af ​​farvekombinationer i skumringen. For eksempel, hvis du ser på to blomster på en klar solskinsdag: en rød valmue og en blå kornblomst, så har de begge lyse farver, valmuen ser ud til at være endnu lysere. Men om natten ser alt anderledes ud: Valmuen ses næsten sort, og kornblomsten er lysegrå. Denne effekt fik navnet Purkyne. Effekten er forbundet med en ændring i belysningen af ​​objekter og forklares af synlighedskurven for tusmørkesyn. Den røde farve ligger uden for synlighedskurven og kan derfor ikke skelnes i skumringen, hvorfor valmuen ser sort ud. Samtidig bliver kornblomsten lysegrå, da stavapparatet i øjets nethinde, som arbejder i skumringen, er farveløst (akromatisk) [3] .

Regnskab for polarisering i lysspredning

Det er nødvendigt at tage højde for polarisering i beregninger af lysspredning, da spredningen af ​​lys i høj grad afhænger af dets polarisering. Desuden er problemet med multipel spredning af lys uden korrekt overvejelse af dets polarisering dårligt stillet. I 1852 etablerede J. G. Stokes de nødvendige parametre til at beskrive polariseringen af ​​en lysstråle, som har additivitetsegenskaben for ikke-kohærente (ikke-interfererende) stråler. I 1946 brugte G. V. Rozenberg disse parametre i problemer med atmosfærisk optik. Rozenberg og instituttets personale målte for første gang alle komponenterne i spredningsmatrixen både for overfladeluft og for svag tåge [6] .

I 1890 blev der foreslået en ligning, som metoden til at beregne fordelingen af ​​lysstyrke og polarisering over himlen er baseret på, under hensyntagen til den multiple spredning af lys og refleksion fra jordens overflade. Det kaldes "overførselsligningen". Det blev først foreslået af den russiske fysiker O. D. Khvolson . Når man overvejer en skyfri himmel, er indflydelsen af ​​multipel spredning ubetydelig. Men når man overvejer skyer, som er meget grumsete miljøer, er multipel spredning en vigtig overvejelse. Uden denne faktor er det umuligt at beregne refleksionen, gennemsigtigheden af ​​skyer og lysregimet inde i dem korrekt.

E. S. Kuznetsov (1943–1945) opgav at forsøge at opnå en analytisk løsning på ligningen, da en lang række faktorer skulle tages i betragtning ved beregning af synlighed. Han løste problemet ved hjælp af successive approksimationer i numerisk form og studerede konvergensen af ​​successive approksimationer. Også sammen med B. V. Ovchinsky (1949) blev detaljerede tabeller over atmosfærisk lysstyrke opnået for forskellige optiske tykkelser, albedoværdier og forskellige højder af Solen [6] . En omfattende undersøgelse af både forskellige faktorer, der påvirker det skrånende synlighedsområde og det teoretiske grundlag for dets beregning, blev udført af V. A. Kratt i 1946. De sovjetiske videnskabsmænd V. A. Ambartsumyan (1941-1943, opnåede ligninger til direkte bestemmelse af lysstyrkekoefficienterne for en reflekteret stråle), V. V. Sobolev (1956, udviklede en metode til at beregne gløden af ​​grumsete medier med et vilkårligt arrangement af strålingskilder) arbejdede på dette emne; Indisk videnskabsmand S. Chandrasekhar (1950) og andre [1] .

Undersøgelserne af himlens lysstyrke og polarisering blev udført af sådanne sovjetiske videnskabsmænd som V. G. Fesenkov , I. I. Tikhanovsky, E. V. Pyaskovskaya- Fesenkova- himlen kan fortolkes under hensyntagen til kun spredning af direkte sollys. Dette skyldes gennemsigtigheden af atmosfære for synlig stråling ), GD Stamov [6] og deres elever. I undersøgelser af gennemsigtigheden af ​​skyer, lavere lag af atmosfæren, deltog tåger: A. A. Lebedev, I. A. Khvostikov, S. F. Rodionov; de amerikanske videnskabsmænd D. Stretton og G. Houghton; Franske videnskabsmænd: E. og A. Vasey, J. Bricard [1] .

Regnskab for aerosol i lysspredning

Ved spredning af lys er det nødvendigt at tage højde for støvindholdet i den virkelige atmosfære med aerosol (naturlig type: dråber af vand og vandige opløsninger osv.; menneskeskabt type: partikler af organisk og mineralsk støv, sodpartikler osv.) . Teorien om spredning og absorption af lys af aerosolpartikler blev udviklet af G. Mi (1908). Teorien beskriver lysets absorptions- og spredningskarakteristika af partikler af enhver størrelse og brydningsindeks. Det er blevet fastslået, at dæmpningen af ​​de indfaldende stråler skyldes molekylær og aerosolspredning. En lysstråle spredt af en aerosol er beskrevet af fire karakteristika: graden af ​​elliptisk polarisering, intensiteten, graden af ​​polarisering og vinkelpositionen af ​​planet med maksimal polarisering. Dette beskrives af de additive Stokes-parametre, som kaldes: Stokes-parametrenes fjerderangsmatrix eller lysspredningsmatrixen [2] .

Dannelsen af ​​aerosoler i atmosfæren er forårsaget af menneskelige produktionsaktiviteter, skovbrande, vulkanudbrud, biologiske processer og andre årsager. En fremtrædende plads i dannelsen af ​​aerosoler er optaget af gasser som svovldioxid (SO 2 ), svovlbrinte (H 2 S), ammoniak (NH 2 )[ angiv ] . Indholdet af aerosolpartikler i stratosfæren stiger, når der finder kraftige vulkanudbrud sted, hvilket fører til en ændring i stratosfærens optiske egenskaber, som forbliver i den i et til to år efter udbruddet [4] .

Teorien om spredning og absorption af lys af aerosolpartikler blev suppleret og udviklet af sovjetiske videnskabsmænd V.V. Shuleikin ( 1924 ) , V.A. van Hulst (1957). Det viste sig, at karakteren af ​​spredning afhænger af forholdet mellem partikelradius og bølgelængde og af partiklens substans. I Rayleighs teori opfører et stofs molekyler sig på samme måde som små partikler, men alt ændrer sig med en markant stigning i partikelstørrelsen. I dette tilfælde svækkes spredningens afhængighed af bølgelængden, og det viser sig, at store partikler spreder lys neutralt. Dette faktum forklarer skyernes hvide farve, da skydråbernes radier er 10-20 gange større end bølgelængden af ​​synligt lys. Himlens hvidlige farve forklares også af, at luften indeholder støv eller vanddråber [1] .

Aerosoler i skyer, regn og sne

I 1936 blev det opdaget, at skyerne på Elbrus har forskellige spektrale afhængigheder. Det blev antaget, at ud over almindelige dråber (med en radius på 5-10 mikrometer) er et stort antal submikroskopiske partikler (med en radius på 0,1 mikrometer, det vil sige aerosoler) til stede i skyerne i Elbrus. A. A. Lebedev, V. I. Chernyaev (1936), E. I. Bocharov (1955), V. E. Zuev (1966) og andre medarbejdere arbejdede med dette emne [6] .

I 1953 undersøgte E. A. Polyakov og K. S. Shifrin (1953) [6] regnens gennemsigtighed for synlig stråling .

I 1960 studerede I. L. Zelmanovitj gennemsigtigheden af ​​snefald [6] .

Lysfænomener i atmosfæren som tegn på kommende vejr

Der blev hele tiden forsøgt at etablere direkte forbindelser mellem himlens lysfænomener og vejrændringer. I 1924 udkom en monografi af P. I. Brounov , hvori der blev rejst spørgsmål i forbindelse med undersøgelsen af ​​vejrtegn fra atmosfærens lysfænomener. Bogen systematiserer observationerne af G. A. Tikhov , G. I. Wild , B. I. Sreznevsky og andre forfattere. Bogen etablerer en række empiriske mønstre [6] . Denne retning fik dog ikke meget videreudvikling. Ikke desto mindre kan man ved at studere optiske fænomeners fysik og studere de fænomener, der forårsager vejrændringer, forsøge at finde en sammenhæng mellem vejr og optiske fænomener [1] .

Synlighed

I. I. Tikhanovsky (1927, udviklet en synlighedsmåler), V. V. Sharonov (1934, udviklet en røgmåler), E. S. Kuznetsov (1943), B. V. Ovchinsky (1943), O. D. Barteneva, N. G. Boldyrev og andre. Instrumenter til måling af synlighed blev skabt, såsom DM-7 (1948), IV-GGO (1953), nefelometre KOL-8 og KOL-10, transparensoptager M-37 (1960, brugt til lufthavne), en speciel polariserende synlighedsmåler M-53 (1963) og andre [6] .

Overførsel af termisk stråling

Overførsel af termisk stråling er en af ​​hovedfaktorerne for varmeoverførsel i atmosfæren. Termisk stråling ligger i området fra 3 til 50 μm , og dens indflydelse kan ofte negligeres i undersøgelser i en "ren" atmosfære, da spredningseffekten ikke er signifikant for lange bølger. Samtidig viser beregningen af ​​overførslen af ​​termiske bølger i en rigtig atmosfære sig at være besværlig, da der er gasser i atmosfæren med stærke absorptions- og emissionsbånd i spektret. Disse er især spektrene for sådanne absorberende gasser som vanddamp (H 2 O), kuldioxid (CO 2 ), ozon (O 3 ) og andre drivhusgasser . Opgaven kompliceres af, at spektret af disse gasser kan ændre sig med temperatur og tryk, og derfor er meget variabelt i en rigtig atmosfære. For første gang blev dette problem analyseret af A. V. Libedinsky (1939) [6] . Også emnet termisk strålingsoverførsel blev behandlet af sovjetiske videnskabsmænd V. G. Kasrov, B. S. Neporent, som foreslog en metode til bestemmelse af indholdet af vanddamp i atmosfæren [6] ), E. M. Feigelson og amerikanske videnskabsmænd - D. Howard og R Godt [ 1] .

K. Ya. Kondratiev udførte detaljerede beregninger om dette emne (1949, 1950, 1956, 1966). Monografien, der blev offentliggjort i 1956, behandlede spørgsmålene om strålingsvarmeoverførsel i atmosfæren: data om spektret af absorberende gasser, metoder til måling af strålingsfluxer, omtrentlige beregningsmetoder, resultater af beregninger og målinger af termiske strålingsfluxer i atmosfæren. Hans værker - en monografi om Solens strålingsenergi (1954) og en bog om strålingsvarmeoverførsel (1956) - indeholder en gennemgang af forskning inden for aktinometri og atmosfærisk optik [6] .

I 1962 og 1964 beregnede K. Ya. Kondratiev, K. E. Yakushevsky, M. S. Malkevich og L. N. Koprov fordelingen af ​​energi over spektret og vinkelstrukturen af ​​Jordens stråling. Disse beregninger gør det muligt at vurdere nøjagtigheden af ​​orienteringen af ​​en kunstig jordens satellit inden for termisk stråling samt at bestemme nøjagtigheden af ​​strålingsflux fra målinger af lysstyrke fra siden af ​​en kunstig jordens satellit. [6] .

Overførslen af ​​termisk stråling studeres i forskellige højder, observationer er blandt andet foretaget over Antarktis . Til disse formål blev der udviklet en aktinometrisk radiosonde for at opnå systematisk information om strømmen af ​​termisk stråling [6] .

Bemærkelsesværdige begivenheder

Atmosfærisk optik forklarer et stort antal synlige fænomener i atmosfæren på Jorden og andre planeter. Så himlens blå farve skyldes Rayleigh-spredning . Haloen forklares ved spredning af lys fra iskrystaller og andre partikler i atmosfæren [7] . Mirage forklares ved, at lysstrålerne bøjes på grund af udsving i lufttemperaturen og derved flytter billedet af objektet. Fatamorgana forklares ved temperaturinversion [8] . Regnbuen forklares ved en kombination af intern refleksion og dispersiv brydning af lys i regndråber [9] .

Parhelion

Parhelion er en type glorie, der ligner en "falsk sol" på niveau med solen. Virkningen opstår som følge af brydningen af ​​Solens lys i atmosfærens iskrystaller. I atmosfæren på gigantiske gasplaneter som Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun kan der dannes skyer af ammoniak , metan og andre stoffer. Iskrystaller af sådanne stoffer kan skabe glorier med fire eller flere falske sole. .

Mirage

Et fatamorgana er et optisk fænomen i atmosfæren, hvor lysstråler bøjes på en sådan måde, at billedet af et objekt bevæger sig.

I modsætning til hallucinationer er et fatamorgana et rigtigt optisk fænomen, som kan fanges på kamera, da lysstrålerne faktisk brydes og danner det falske billede, der ses i et fatamorgana. En slags luftspejling er fata morgana , der består af flere former for luftspejling, når fjerne objekter ses gentagne gange og med forskellige forvrængninger.

Fata Morgana

Fata Morgana er en meget kompleks form for fatamorgana, der er synlig i et smalt bånd lige over horisonten. Navnet kommer fra Morgana the Fairy , en af ​​karaktererne i de Arthurianske legender . Ifølge legenden er dette fatamorgana skabt af en heks. Det viser eventyrslotte i luften eller ikke-eksisterende lande designet til at lokke sømænd i døden.

Fata Morgana kan ses på land eller til vands, i polarområder eller i ørkener. Denne type fatamorgana kan omfatte næsten enhver form for fjerne objekter, inklusive skibe, øer og kystlinjer.

Mirage ligner et omvendt objekt. Dette optiske fænomen opstår, fordi lysstråler er stærkt bøjede, når de passerer gennem luftlag med hurtigt skiftende temperaturer langs temperaturen i en temperaturinversion , som danner en atmosfærisk bølgeleder. I roligt vejr danner et lag af meget varmere luft, der ligger over et lag af kold tæt luft (temperaturinversion), en atmosfærisk kanal, der fungerer som en refraktiv linse og skaber et omvendt billede [11] .

Green Beam

En grøn stråle er et optisk fænomen, der opstår kort efter solnedgang eller før solopgang og ligner et glimt af grønt lys, der varer flere sekunder. Den grønne stråle kan observeres både fra Månen og på lyse planeter i horisonten, inklusive Venus og Jupiter [12] [13] .

New Earth Effect

New Earth-effekten er et polarmirage og skyldes den høje brydning af sollys og temperaturforskelle. Effekten er, at solen står op tidligere end dens rigtige tid. Afhængigt af den meteorologiske situation er solen repræsenteret som en linje eller en firkant. Den første person, der beskrev dette fænomen, var Gerrit de Veer , et medlem af Novaya Zemlya-ekspeditionen. Navnet på fænomenet blev givet af navnet på ekspeditionsstedet [14] .

Twilight Rays

Crepuskulære stråler er næsten parallelle solstråler, der passerer gennem jordens atmosfære, men ser ud til at divergere på grund af lineært perspektiv. Crepuskulære stråler kan nogle gange ses under vandet, især i arktiske områder. De kommer frem fra ishylder eller sprækker i isen [15] .

Astronomisk brydning

Dette er brydningen i atmosfæren af ​​lysstråler fra himmellegemer, som sker på en sådan måde, at stjernens faktiske position er lavere end den observerede. Af denne grund regner sejlere ikke ud fra stjernerne, når de er 20° eller lavere over horisonten. Og astronomer observerer kun stjerner, der er placeret højt på himlen.

Blå måne og grøn sol

Stjernens ukarakteristiske farve kan observeres, når lyset spredes af store partikler suspenderet i atmosfæren, såsom støv, røg eller vanddamp. I dette tilfælde, i modsætning til tilfældet, når lys passerer gennem ren luft, spreder langbølgelængde (rød, orange, gul) lys fra Solen eller Månen kraftigere end kortbølgelængde (blå, blå, grøn) lys.

Eksempler:

1. Solen kan ses grøn under sand- eller støvstorme eller efter dem, når der er et stort antal fine støvpartikler i atmosfæren. I dette tilfælde kan solen få en gullig eller endda rødlig farve.
2. Hvis du ser på Solen i løbet af dagen gennem dampskyer med små dråber (altså i dens første øjeblikke), så kan du observere den blå sol [3] .
3. Den blå farve på Månen eller Solen opstår ved solopgang eller solnedgang, når der er røg fra et intenst eksplosivt vulkanudbrud eller under stærke brande. For eksempel blev denne effekt registreret den 26.-28. september 1951, da røgen fra enorme skovbrande spredte sig over Europa, samtidig i Canada kunne en blå sol observeres ved solopgang. I 1985, efter udbruddet af Mauna Loa-vulkanen på Hawaii-øerne, kunne en blå stigende måne observeres. Denne farvning af Solen eller Månen ved solopgang eller solnedgang fandt også sted under andre intense vulkanudbrud.

Skyfarve

Skyernes farve fortæller meget om de processer, der foregår inde i skyen. Tætte skyer i troposfæren udviser høj reflektivitet (70 % til 95 %) over hele det synlige spektrum. Fine vandpartikler er placeret tæt på hinanden; sollys, der spreder sig på dem, kan ikke trænge langt ind i skyen og går hurtigt ud, hvilket giver skyen en karakteristisk hvid farve. Dråber på skyer har en tendens til at sprede lys mere effektivt, så intensiteten af ​​solstråling reduceres. Som følge heraf kan farven på skybasen skifte fra lys til meget mørkegrå, afhængig af skyens tykkelse og mængden af ​​lys, der reflekteres eller transmitteres til observatøren [16] .

Hvis skyen er stor nok, og dråberne er langt nok fra hinanden, så reflekteres lyset, der kommer ind i skyen, ikke men absorberes. Denne proces med refleksion og absorption giver skyerne farvenuancer, der spænder fra hvid til sort [17] .

Skyens blågrå farve er resultatet af spredningen af ​​lys i skyen. I det synlige område af spektret spredes lysstråler med kort bølgelængde (blå og grøn) lettere af vanddråber, mens langbølgede (røde og orange) stråler absorberes. Den blålige farve indikerer den forestående regn [18] .

Den grønlige farvetone i skyen er til stede, når sollyset spredes på isflagene. Hvis cumulonimbus-skyerne bliver grønne, så er det et tegn på, at der vil komme et kraftigt tordenvejr, kraftig regn, hagl, hård vind og muligvis en tornado [19] .

Skyernes gullige farve ses normalt om sommeren, når skovbrandsæsonen er i gang. Den gule farve skyldes tilstedeværelsen af ​​forurenende stoffer i røgen. Skyens gullige farve skyldes tilstedeværelsen af ​​nitrogendioxid , så den kan nogle gange ses i byområder med høje niveauer af luftforurening [20] .

Røde, orange og lyserøde skyer opstår ved solopgang og solnedgang og er resultatet af spredning af sollys i atmosfæren, når Solens højde er mindre end 10 grader. Skyer reflekterer uspredte solstråler med lang bølgelængde, som er fremherskende i disse timer [19] .

Sky iriscens

Skyer kan iriserende : grønne, lilla-røde, blå osv. Sådanne iriserende skyer vises på alle årstider, men især ofte om efteråret. De kan observeres nær Solen. Cumulus, cumulonimbus og stratocumulus viser kun iris i kanterne. Strålende, hvide, cirrocumulus- og altitudecumulus-skyer, især dem med en linseformet form, som hurtigt optræder før eller efter en storm, viser den smukkeste iris. Farver er arrangeret i bånd, striber og "øjne". Iriserende er også synlig, når skyen hurtigt ændrer form kort før eller umiddelbart efter stormen [21] .

Farverige skyer på Jupiter

Gasgiganten Jupiter er kendt for sine farverige skyer. Jupiters atmosfære har en temperatur på -153°C, hvor atmosfæren burde være farveløs. Skyernes farverige farve kan forklares med, at brintforbindelser stiger fra atmosfærens varme lag til det øverste kolde lag og derved farver det. Skyernes farve forklares også af urenheder af svovlforbindelser og andre komplekse forbindelser rejst fra planetens dybder til overfladen. Ved farven på en sky på Jupiter kan du bestemme dens højde. For eksempel er blå skyer lave, røde skyer er høje. Skyernes farve ændrer sig konstant [22] .

Forskning

Følgende problemer løses inden for rammerne af atmosfærisk optik

• Direkte opgaver: studiet af de optiske egenskaber af luft, hav og land [1] .
• Undersøgelse af forhold, der påvirker horisontal og skrå sigtbarhed (mod himlen eller jorden). Dette emne blev undersøgt af sovjetiske videnskabsmænd V. V. Sharonov (diskuteret forskellige faktorer, der bestemmer rækkevidden af ​​synlighed, 1947), N. G. Boldyrev, V. A. Berezkin , V. A. Faas (udviklede en særlig klassifikation af atmosfærisk dis i forbindelse med opgaverne med skrå luftfotofotografering og , 1932) [6] ; den tyske videnskabsmand H. Koschmieder; Canadiske videnskabsmand D. Middleton [1] .
• Omvendte problemer: bestemmelse ved hjælp af de målte optiske egenskaber af luft, hav og land af deres øvrige fysiske egenskaber; optiske metoder til at studere stratosfæren baseret på observationer af tusmørkelys ved hjælp af empiriske data; bestemmelse af spektret af partikler ved lysspredningens funktioner; bestemmelse af temperaturen af ​​jordens overflade eller skyer ved arten af ​​strålingen; bestemmelse af den vertikale profil af temperatur og fugtighed; løsning af problemer med udvikling af metoder til sansning af atmosfæren fra meteorologiske kunstige jordens satellitter (f.eks. bestemmelse af temperaturen på jordens overflade eller skyer ud fra arten af ​​den stråling, der når satellitten) og andre [6] . Opgaverne er at udvikle optiske sonderingsmetoder. Der er imidlertid problemer med en sådan udvikling: det er nødvendigt at fastslå, at de nødvendige data er indeholdt i den optiske information; det er nødvendigt at angive metoden til deres ekstraktion og den nødvendige målenøjagtighed [1]

Studiet af atmosfærens optiske egenskaber i forskellige højder forbliver aktuelt. Talrige eksperimentelle undersøgelser udføres for forskellige områder af spektret og under forskellige heliogeofysiske forhold. Forskning udføres fra jorden og fra fly. Jordbaserede målinger giver forskerne materiale til forskning i den optiske karakterisering af overfladelaget. Det er også muligt at udføre optisk sondering af højere lag af atmosfæren fra jordens overflade ved hjælp af søgelys, laser og skumringsmetoder. Men når man bruger sådanne metoder, må man stå over for metodiske vanskeligheder med at frigive informationen opnået fra påvirkningen af ​​de lavere (tætte) lag af atmosfæren. Dette problem er fraværende ved brug af ballon-, raket- og satellitforskningsmetoder. Men også her er der problemer forbundet med højdereferencen af ​​observationsresultaterne, med bestemmelse af orienteringen af ​​udstyrets optiske akse under observationer, med løsning af omvendte problemer (især ved satellitmålinger) [2] .

Arbejder om atmosfærisk optik er dækket på internationale symposier om individuelle problemer, på tværfaglige konferencer i hele Unionen om aktinometri og atmosfærisk optik [6] . Atmosfærisk optik studeres ved følgende institutter og videnskabelige organisationer:

• Arbejdet med udvikling og harmonisering af forskning inden for atmosfærisk optik udføres af Den Russiske Føderations Videnskabsakademi sammen med den føderale administration af Den Russiske Føderations hydrometeorologiske tjeneste [1] .
• Institut for Atmosfærisk Optik opkaldt efter V. E. Zuev SB RAS i Tomsk. Instituttet udgiver tidsskriftet "Optics of Atmosphere and Ocean" (udgivet siden 1988), udgivet på russisk og engelsk, og afholder en række videnskabelige konferencer [23] [24] .
• Institut for Teoretisk og Eksperimentel Biofysik RAS [6] .
• Instituttet for Aktinometri og Atmosfærisk Optik ved det geofysiske hovedobservatorium (grundlagt af N. N. Kalitin i 1930 og eksisterede indtil krigen. Det udførte systematiske observationer af ti forskellige strålingskarakteristika, herunder total belysning og spredt belysning. Baseret på disse observationer, I 1945 , V. V. Sharonov udgav grundlæggende tabeller, som er den eneste referencepublikation af denne type både her og i udlandet).
• Universitetet i Pierre og Marie Curie (Frankrig) .
• Optical Society (OSA, USA) .

Galleri

• Halo på 41 grader sydlig bredde

• Nordlys

• Halo . Mand og en glorie omkring ham

• Gloria

• Dobbelt regnbue

Noter

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Atmosfærisk optik // Great Soviet Encyclopedia  : [i 30 bind]  / kap. udg. A. M. Prokhorov . - 3. udg. - M .  : Sovjetisk encyklopædi, 1969-1978.
2. ↑ 1 2 3 4 5 Atmosfærisk optik . Encyclopedia of Physics and Technology. Hentet: 7. april 2014. (ubestemt)
3. ↑ 1 2 3 4 5 Sofia Vasilievna Zvereva. [1] . - Leningrad: Gidrometeoizdat, 1998. - S. 160. - 160 s. - ISBN 5286000789 , 9785286000784. Arkiveret kopi (link ikke tilgængeligt) . Hentet 7. april 2014. Arkiveret fra originalen 8. april 2014. (ubestemt) 
4. ↑ 1 2 Timofeev Yu. M., Vasiliev A. V. Fundamentals of theoretical atmospheric optics. Studievejledning . - St. Petersburg State University, 2008. - S. 24. - 152 s.
5. ↑ Helen Ross. The Mystery of the Moon Illusion  (engelsk) . - USA: Oxford University Press, 2002. - 180 s.
6. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Forskning inden for atmosfærisk optik i USSR . Udviklingen af ​​geovidenskaberne i USSR . Stort informationsarkiv. Hentet: 7. april 2014. (ubestemt)
7. ↑ Ahrens CD Meteorology Today: en introduktion til vejr, klima og  miljø . — 5. — Vestre Forlag, 1994. - S.  88-89 . — ISBN 0-314-02779-3 .
8. ↑ A. Young. En introduktion til Mirages . Hentet 8. april 2014. Arkiveret fra originalen 10. oktober 2000. (ubestemt)
9. ↑ Ung HD Kapitel 34 // Universitetets  fysik . - 8. udgave - Addison-Wesley , 1992. - ISBN 0-201-52981-5 .
10. ↑ En introduktion til Mirages arkiveret 10. oktober 2000 på Wayback Machine af Andy Young
11. ↑ C. R. Nave Rød solnedgang, grøn blink . Georgia State University . Hyperfysik (2009). Hentet 11. august 2010. Arkiveret fra originalen 15. august 2010. (ubestemt)
12. ↑ O'Connell DJK Den grønne blitz og andre fænomener med lav sol  / med 80 farvefotografier af C. Treusch; for Vatikanets Observatorium. - Amsterdam: North Holland Publishing Company, 1958. - 186+vi s.
13. ↑ Zeeberg JJ Klima- og gletsjerhistorie i Novaya Zemlya-øgruppen, russisk Arktis: med noter om regionens  udforskningshistorie . - JaapJan Zeeberg, 2001. - S. 149. - ISBN 978-90-5170-563-8 .
14. ↑ Dag JA Skyernes  Bog . — Sterling Publishing Company, Inc., 2005. - S. 124-127. — ISBN 978-1-4027-2813-6 .
15. ↑ Stigende skyreflektivitet // Royal Geographical Society. – 2010.
16. ↑ Skyer absorberer mere solstråling end tidligere antaget (sortere end de ser ud) // Chem. Eng. nyheder. - 1995. - S. 33 .
17. ↑ Atmosfærisk videnskabsdatacenter. Hvilken bølgelængde passer til en farve? (utilgængeligt link) . National Aeronautics and Space Administration (28. september 2007). Hentet 28. marts 2011. Arkiveret fra originalen 20. juli 2011. (ubestemt) 
18. ↑ 1 2 Gallagher III FW Fjerne grønne tordenvejr - Frazer's Theory Revisited  //  Journal of Applied Meteorology. — American Meteorological Society, 2000. - Vol. 39 , nr. 10 . - S. 1754-1757 . - doi : 10.1175/1520-0450-39.10.1754 . - .
19. ↑ Byer og luftforurening , Natur, 1998, kapitel 10
20. ↑ Regnbueskyer (iris) . Lys Og Farve. Hentet 8. april 2014. Arkiveret fra originalen 8. april 2014. (ubestemt)
21. ↑ Oversættelse: A.V. Kozyreva. Farverige skyer på Jupiter . Astronet (3. august 1996). Hentet: 8. april 2014. (ubestemt)
22. ↑ Innovation Science Education. Tomsk  (utilgængeligt link)
23. ↑ International Academic Publishing Company Nauka/Interperiodika Arkiveret 4. marts 2016.

Litteratur

• Brounov P. I. Atmosfærisk optik. - M, 1924.
• Shifrin K. S. Spredning af lys i et grumset miljø. - M-L, 1951.
• Pyaskovskaya-Fesenkova EV Undersøgelse af lysspredning i Jordens atmosfære. - M, 1957.
• Rosenberg G. V. Twilight. - M, 1963.
• Kondratiev K. Ya Aktinometri. - L, 1965.
• Hulst G. Spredning af lys med små partikler, trans. fra engelsk. - M, 1961.
• Zuev VE Udbredelse af synlige og infrarøde bølger i atmosfæren. - M, 1970.
• McCartney E. Monte Carlo metode i atmosfærisk optik. - Novosibirsk, 1976.
• V. A. Smerkalov. Atmosfærens optik, trans. fra engelsk. - M, 1979.
•  (engelsk) Thomas D. Rossing og Christopher J. Chiaverina, Light Science: Physics and the Visual Arts , Springer, New York, 1999, hardback, ISBN 0-387-98827-0
•  (engelsk) Robert Greenler, Rainbows, Halos, and Glories , Elton-Wolf Publishing, 1999, hardback, ISBN 0-89716-926-3
•  (engelsk) Polarized Light in Nature , G.P. Können, Oversat af G.A. Beerling, Cambridge University Press, 1985, indbundet, ISBN 0-521-25862-6
•  (engelsk) MGJ Minnaert, lys og farve i det fri , ISBN 0-387-97935-2
•  (engelsk) John Naylor "Out of the Blue: A 24-hour Skywatcher's Guide", CUP, 2002, ISBN 0-521-80925-8

Links

• V. E. Zuev Institut for Atmosfærisk Optik SB RAS
• Tomsk Scientific Center af den sibiriske afdeling af det russiske videnskabsakademi
• Tidsskrift "Optics of Atmosphere and Ocean" V. E. Zuev Institute of Atmospheric Optics SB RAS

Ordbøger og encyklopædier	Stor russer

Grene af atmosfærisk fysik ( meteorologi )
Dynamisk meteorologi Atmosfærisk termodynamik skyfysik atmosfærisk optik atmosfærisk elektricitet Aerologi Aeronomie atmosfærisk akustik