Показатель преломления земной атмосферы

Упомянем еще об одном аналогичном вопросе — об астрономическом мерцании флуктуации показателя преломления земной атмосферы вызывают появление флуктуаций оптического пути лучей и производят случайные колебания интенсивности изображений, известных под названием мерцаний . Когда флуктуации оптического пути малы, их можно представить в виде ряда, сохранив величины первого порядка. Единственное серьезное отличие от предыдущего случая состоит в том, что оптический прибор сфокусирован на бесконечность, тогда как та область, где возникают возмущения, не совпадает со зрачком, а расположена на конечном расстоянии от него. Ар-сак показал, что это равносильно фильтрованию частот пространства. На это фильтрование накладывается еще два других. С одной стороны, наблюдаемое светило имеет отличный от нуля кажущийся диаметр — известно, что в видимой области спектра планеты не мерцают в оптике коротких радиоволн (например, с длиной волны 3 см) критический диаметр составляет величину, равную нескольким секундам дуги, и может сказываться на практике (солнечные пятна). С другой стороны, оптический прибор создает некоторое дифракционное пятно, и мерцание уменьшается обратно пропорционально отверстию прибора. Полный расчет явления мерцания интенсивности требует рассмотрения всех этих факторов. Практический результат расчета приводит к тому, что роль атмосферы в объяснении этого явления настолько искажается другими причинами, что изучение мерцаний приносит очень мало сведений о неоднородностях атмосферы, [c.266]

Показатель преломления земной атмосферы изменяется в пространстве, времени и зависит от длины волны. Для удобства представим эти зависимости в виде [c.363]

Флуктуации показателя преломления воздуха. Для оптической части спектра, в диапазоне длин волн от 0.2 до 20 мкм, показатель преломления земной атмосферы и (г) может быть рассчитан по известным температуре Т°К, атмосферному давлению р, мб и парциальному давлению водяного пара по формуле [c.291]

Примером неоднородного вещества может служить земная атмосфера, рассматриваемая при достаточно большой толщине. Изменение плотности атмосферы с высотой ведет к изменению и показателя преломления [c.112]

Распространение радиоволн в тропосфере. Тропосфера — область атмосферы, расположенная между поверхностью Земли и тропопаузой, в к-рой темп-ра воздуха обычно убывает с высотой (в тропопаузе темп-ра с высотой увеличивается). Высота тропопаузы на земном шаре неодинакова, над экватором она больше, чем над полюсами, а в средних широтах, где существует система сильных западных ветров, изменяется скачкообразно. Тропосфера состоит из смеси нейтральных молекул и атомов газов, входящих в состав сухого воздуха, и паров воды. Диэлектрическая проницаемость, а следовательно, и показатель преломления газа, не содержащего свободных электронов и ионов, обусловлены дополнительными полями, создаваемыми смещением электронов в молекулах (поляризация сухого воздуха) я ориентацией полярных молекул (па-рь1 воды) под действием электрич. поля волны. [c.257]

Другой пример искривления лучей дает явление астрономической рефракции, обусловленное тем, что плотность земной атмосферы и, следовательно, ее показатель преломления убывают с высотой. Наблюдаемая высота небесного светила над горизонтом оказывается больше истинной. Эффект особенно значителен, когда светило наблюдается у горизонта (рефракция при этом достигает 35 ) и быстро убывает с увеличением высоты. Этим объясняется сплюснутая форма солнечного диска при восходе и закате. Благодаря рефракции мы видим Солнце в течение нескольких минут после того, как оно уже зашло. [c.332]

Наиболее важный пример несовершенной оптической среды в этом смысле — земная атмосфера, т. е. воздух, окружающий нас. Вследствие неоднородного нагрева земной поверхности Солнцем всегда существуют неоднородности показателя преломления воздуха, определяемые его температурой, которые могут отрицательно влиять на разрешение больших оптических систем, работающих в такой окружающей среде. [c.342]

Во-вторых, важное ограничение касается пространственного масштаба (т. е. длины корреляции) существующих неоднородностей. Мы будем всегда предполагать, что масштаб неоднородностей намного больше длины волны излучения. Тем самым исключаются из рассмотрения задачи, затрагивающие формирование изображения при прохождении света через облака или аэрозоли, масштаб неоднородностей которых сравним с оптической длиной волны или меньше ее и показатель преломления которых изменяется очень резко. Это, так сказать, формирование изображения в мутной среде , тогда как нас здесь интересует формирование изображения в турбулентной среде , показатель преломления которой изменяется более плавно. Чистая земная атмосфера — важнейший пример турбулентной среды. [c.343]

Как уже говорилось, наиболее важным примером протяженной случайной неоднородной среды является земная атмосфера, которой в течение столетий ограничивались четкость картины неба, наблюдаемой человеком. Наш анализ направлен с самого начала на этот конкретный пример. Как уже подчеркивалось, в этой главе наше внимание будет ограничено плавными и малыми флуктуациями показателя преломления чистого воздуха вокруг нас. Мы исключаем из рассмотрения влияние на оптические явления пыли и аэрозолей, которое требует изучения явлений многократного рассеяния (см., например, [8.4], т. 2). Мы ограничим также наше внимание оптическими свойствами в соответствующем спектральном окне атмосферы (таком, как видимая область спектра), в котором атмосферное поглощение пренебрежимо мало. (Подробно об атмосферном поглощении см. книгу [8.5], гл. 5.) [c.363]

Выяснив статистические характеристики неоднородностей показателя преломления, перейдем теперь к вопросу о влиянии этих неоднородностей на распространение электромагнитной волны. Рассмотрим монохроматическую электро.магнитную волну, имеющую временную зависи.мость типа ехр(—/о>0, распространяющуюся в земной атмосфере. Ранее мы представили показатель преломления атмосферы в виде [c.370]

Рассеяние оптического излучения системой частиц всегда представляет собой статистический процесс. Естественным результатом этого процесса являются флуктуационные явления для прямого и рассеянного излучения, которые наблюдаются как частотное уширение интенсивности (результат флуктуаций рассеянного поля), как пространственные флуктуации интенсивности (спекл-структура) или как временные флуктуации интенсивности прямого и рассеянного излучения. Все эти наблюдаемые флуктуации поля или интенсивности рассеянного системой частиц излучения сопровождаются в земной атмосфере дополнительными флуктуациями параметров волны за счет флуктуаций показателя преломления атмосферного воздуха, обусловленных его турбулентными неоднородностями. [c.214]

Показатель преломления п земной атмосферы в пределах тропосферы (до высоты 17 км) определяется выражением ) [c.287]

Плотность земной атмосферы, а с ней и показатель преломления убывают с высотой. Этим объясняется ряд явлений, связанных с искривлением световых лучей. К ним относится, например, астрономическая рефракция, т. е. кажущееся поднятие небесного светила из-за искривления световых лучей в земной атмосфере. Если светило стоит высоко над горизонтом, то при расчете этого явления мы не сделаем заметной ошибки, считая поверхность Земли плоской. Но так поступать нельзя, когда светило находится вблизи горизонта. В этом случае надо учитывать сферичность земной поверхности. [c.33]

Однако наличие земной атмосферы не позволяет полностью, использовать разрешающую способность телескопа. Нерегулярные процессы в атмосфере, сопровождающиеся изменениями показателя преломления на пути световых лучей, портят изображения и снижают реальную разрешающую способность телескопов до величин порядка Г — 0,5", причем особенно сильно это снижение сказывается на больших телескопах. Такая разрешающая способность может быть достигнута с помощью много меньших объективов. Большие телескопы строятся не с целью повышения разрешающей способности, а для увеличения количества света, поступающего в телескоп от наблюдаемых небесных объектов. Оно пропорционально площади отверстия объектива. Поэтому с помощью больших телескопов можно обнаружить и сфотографировать более слабые небесные объекты, чем с помощью малых. Для повышения же разрешающей способности астрономических телескопов необходимо исключить вредное влияние атмосферы. Большие перспективы открываются перед телескопами, устанавливаемыми на космических кораблях, а еще лучше — на Луне. [c.364]

Отношение ф/Л делается больше для очень малых диэлектрических частиц и становится наибольшим для непоглощающих молекул. Простая связь с теорией показателя преломления молекулярного газа кратко изложена в разд. 4.5. Из сравнения с рассеянием и запаздыванием фазы, обусловленными земной атмосферой, видно, что очень малые частицы также неспособны дать в межзвездном пространстве запаздывание по фазе, доступное наблюдениям. [c.525]

Допустим, что в некотором слое земной атмосферы показатель преломления изменяется по следующему закону [c.263]

Следует несколько подробнее остановиться на искажениях сигналов, проходящих через земную атмосферу. Флуктуации показателя преломления атмосферы вызывают мерцание и дрожание не только полезного сигнала, но и помех. В случае однородной турбулентной атмосферы частотный спектр дрожания описывается выражением [22] [c.52]

Показатель преломления земной атмосферы 363 Полностью коррелированные компоненты 132 Полуклассическая теория фоторегн-страцни 438—440 Поляризационная матрица 128 [c.516]

Методы геом. О. позволяют изучать условия формирования онтич. изображений объекта как совокупности изображений отд. его точек и объяснить мя. явления, связанные с прохождением оптич. излучения в разл. средах, в т. ч. неоднородных (напр., искривление лучей в земной атмосфере вследствие непостоянства её показателя преломления, образование миражей, радуг). Наиб, значение геом. О, (с частичным привлечением волновой О., см. ниже) имеет для расчёта и конструирования оптич. приборов — от очковых линз до сложных объективов и огромных астр, инструментов. Благодаря развитию вычислит, математики и применению совр. [c.418]

Первой звездой, у которой удалось определить угловой диаметр, была Бетельгейзе (а Ориона), относящаяся к красным гигантам. Он оказался равным 0,047". Зная расстояние до Бетельгейзе, рассчитанное по параллаксу, можно найти линейный диаметр звезды. Он равен примерно 4-10 км, что почти в 300 раз больше диаметра Солнца и превышает диаметр земной орбиты (3-10 км). Таким способом были измерены угловые диаметры нескольких звезд. Все они, подобно Бетельгейзе, гиганты, во много раз превосходящие Солнце. Подавляющее большинство звезд мало отличается по своему диаметру от Солнца. На расстоянии до ближайшей звезды солнечный диск был бы виден под углом лишь 0,007", что соответствует области когерентности размером 20 м. Постройка интерферометра с такой базой (расстоянием между внешними зеркалами) представляет собой крайне сложную техническую задачу. Кроме того, при большой базе наблюдения осложняются турбулентностью атмосферы, хотя на работе интерферометра это сказывается меньше, чем при наблюдении в телескоп. Изменения показателя преломления воздуха перед зеркалами влияют на разность фаз лучей и лишь смещают интерференционную картину, не сказываясь на ее видности, так что полосы остаются различимыми, если эти изменения происходят медленно. [c.245]

Мерцания звезд и обусловливаемые ими флуктуации светового потока на приемнике излучения при его прохождении через земную атмосферу вызываются неоднородностями показателя преломления воздуха п. В случае установки приемника на космическом аппарате при его движении по орбите световые лучи испытывают неодинаковое преломление за счет неоднородностей показателя преломления, что приводит к случайным вариациям блеска звезды. Визуальные наблюдения мерцаний звезд из космоса с пилотируемых аппаратов, включая орбитальные станции Салют-Т и Мир дали ряд интересных результатов отно- [c.302]

Турбулентными, в частности, являются разнообразные движения воздуха в земной атмосфере, начиная от слабого ветра вблизи поверхности Земли (к которому относятся измерения, воспроизведенные на рис. В.1) и кончая движениями общей циркуляции, имеющими масштабы планеты в целом. Атмосферная турбулентность играет основную роль в процессах переноса тепла и влаги воздушными массами, в испарении влаги с поверхности Земли и водоемов и в тепловом и динамическом взаимодействии между атмосферой и подстилающей поверхностью, существенно влияющем на изменения погоды она определяет распространение примесей в воздушной среде, зарождение ветровых волн на поверхности моря и образование ветровых течений в океане, болтанку самолетов и других летательных аппаратов и вибрации многих наземных сооружений наконец, турбулентные флюктуации показателя преломления обусловливают многие важные особенности распространения света и радиоволн от наземных и космических источников. Турбулентными оказываются и течения воды в реках, морях и океанах, а также колоссальные по сравнению с масштабами Земли движения газов в межзвездных газовых туманностях. Наконец, турбулентными являются практически все имеющие прикладное значение течения в трубах — в водопроводах, газопрово- [c.7]

Исследованию распространения оптического излучения в турбулентной атмосфере уделяется значительное внимание в связи с широким применением лазеров в оптических системах, предназначенных для работы в земной атмосфере. Если атмосферные газы и аэрозоли вызывают преимущественно энергетическое ослабление оптического излучения, то турбулентные пульсации показателя преломления приводят к случайному перераспределению энергии в оптических пучках, определяя таким образом технические возможности лазерных систем. Действительно, точность геодезических лазерных приборов, пространственное и временное разрешение лазерных локаторов, возможности и точность определения параметров среды дистанционными лазерными методами можно оценить только с учетом флуктуаций поля оптических пучков. Вызываемые турбулентностью случайные изменения показателя преломления могут суш,ественно ограничивать технические характеристики оптических систем, так что в ряде случаев сама целесообразность их применения должна определяться на основе оперативного прогнозирования флуктуаций поля лазерного излучения с учетом сложившейся в атмосфере оптико-метеороло-гической ситуации [46] (ссылки даны по списку цитируемой литературы ко второй главе). [c.5]

Земная атмосфера неоднородна. Перемешивающиеся струи теплого и холодного воздуха образуют отдельные вихри. Это явление носит название турбулентности атмосферы. Теплые и холодные сгустки воздуха, имея разные показатели преломления, действуют как весьма удаленные, очень слабые положительные и отрицательные, хаотически распределенные и хаотически перемещающиеся линзы, называемые воздушными линзами. Из-за них параллельный волновой фронт, распространяющийся от звезды, вступая в атмосферу, деформируется и изображепие звезды искажается. Имеются неоднородности всех размеров — от миллиметров до десятков и сотен метров. Они приводят к появ гению в отдельных точках земной поверхности сгустков света, в других, наоборот, потемнения (рис. 4.2), и по поверхности Землей быстро [c.82]

Получим уравнения траекторий лучей в сферически-слоистой и плоскослоистой средах. Примером таких сред в некотором приближении является земная атмосфера. Задача о распространении лучей всферически-неоднородных средах может встретиться также при анализе прохождения оптического излучения через прозрачные капли, газовые пузырьки в твердых телах и жидкостях, тепловые ореолы поглощающих частиц. В сферически-слоистой среде показатель преломления зависит лишь от расстояния Н до фиксированной точки О [c.225]

Спектры Н3и1уче шя земной атмосферы в ультрафиолетовом диапазоне в основном определяются рассеянием солнечного излучения в космос молекулами атмосферных газов и поглощением анергии излучения озоном в этом диапазоне спектра. Молекулярное рассеяние лучистой энергии происходит вследствие потерь ее на диффузное рассеяние и отражение при прохождении границ между отдельными молекулами или различно уплотненными группами молекул атмосферных газов с разными показателями преломления. Неоднородности в газовой среде а смосферы нестабильны. Они возникают, изменяются н исчезают непрерывно и с большой скоростью, так как в их основе лежит молекулярное тепловое движение, которое зависит от местных температурных условий и Содержания веществ в каждой конкретной микрозоне атмосферы. [c.327]

Краткое описание. Патентуется способ концентрации солнечной радиации, а также комплекс устройств, обеспечивающих использование этого способа. Способ использует зависимость показателя преломления воздуха от его температуры и степени ионизации. При помощи излучения множества лазеров на определенной высоте над поверхностью Земли создается зона повьшхенного нагрева воздуха, в ней изменяется степень ионизации, вследствие чего в этой зоне изменяется показатель преломления воздуха. Меняя этот показатель заданным образом, создается так называемая атмосферная линза (АЛ), которая не может создавать изобрг1жение светила, но позволяет концентрировать его излучение на определенном участке земной поверхности. Лучше всего создавать АЛ в виде линзы Френеля, располагаемой в одной плоскости в сравнительно нешироком слое воздуха. Длина волны излучения лазеров, используемых для создания АЛ, должна соответствовать спектральным полосам поглощения Н О, СО , 2 и других компонентов атмосферы. [c.19]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...