Refrakcja atmosferyczna

From Celestia

Refrakcja atmosferyczna jest zniekształceniem promieni światła podczas przechodzenia do atmosfery. Powoduje pozorne podnoszenie się obserwowanych obiektów, zmniejszenie kąta zenitalnego. Zmiana ta jest proporcjonalna do wysokości nad horyzontem. Refrakcja została schematycznie przedstawiona na poniższym rysunku:

Wyprowadzenie wzoru

Aby wyprowadzić wzór uwzględniający refrakcję, najwygodniej jest dokonać przybliżenia atmosfery do płasko równoległego zbioru warstw powietrza. W kolejnych warstwach prędkość światła v_i=1,..,n jest różna, zgodnie z prawem Snell'a:

Teraz weźmy α_n=z' - odległość od zenitu, którą zaobserwuje obserwator, oraz z - rzeczywisty kąt zenitalny. Mamy wtedy:

Widać, że refrakcja nie ma wpływu na obiekty znajdujące się w zenicie. Ma natomiast wpływ na obiekty znajdujące się nisko nad horyzontem. Zdefiniujmy kąt refrakcji R jako R=z-z'. Wtedy: z=R+z'

Przybliżymy R jako małe, wtedy:

Wpływ refrakcji na obserwacje

k jest stała zależną od warunków atmosferycznych. Dla temperatury 0°C i ciśnienia 1000 milibarów k=59.6 arcsec = 0.00028 rad

Przykładowe wartości refrakcji podane są w poniższej tabeli:

Jak widać dla kątów zenitalnych większych niż 45° - 60° narasta odchyłka wartości obliczonych od zmierzonych. Jest tak dlatego, że dla małych wysokości przybliżenie atmosfery do płytki równoległościennej jest złe.

Dla z>45° dobre jest przybliżenie:

R=-60",09 tg(z) + 0",06664 tg³(z)

Należy także pamiętać, że współczynnik załamania światła jest funkcją długości fali:

n_powietrza-1=10^-8 · (8342 + 2,4·10^-6 /(130-λ^-2)) - dla λ w [μm]

Zależność tę należy brać pod uwagę podczas obserwacji detektorami CCD z filtrami o długościach fali znacząco się różniącymi (przy fotometrii w różnych systemach: system Johnsonna - UBV, system Krona-Causinsa, system Strömgrena)