OPTICKÉ JEVY V ATMOSFÉŘE • Optické jevy v atmosfére mají velmi různorodou fyzikální podstatu. Mnohé z nich jsou pro pozorovatele velmi atraktivní nejen k přímému pozorování, ale také jako náměty k fotografování nebo natáčení. • Společně se projdeme „zahradou" optických jevů, ve které nebudou chybět takové exempláre, jako jsou polární záře, zelený záblesk, svítící oblaka, červení skřítci nebo celá skupina halových jevů. VLASTNOSTI SOUČASNÉ ATMOSFÉRY km A exosphere lOOO -I-800 4- 400 thermosphere 200 100-h meopause 80 -|-mesosphere stratopause stratosphere tropopause 10 -4-8 + 6001 '-^^V spacecraft troposphere 2 ~T~ sea level 0 H polar lights increasing planetary Boundary layer PRŮŘEZ ZEMÍ ■ I •20 0 20 40 temperature (°C) VLASTNOSTI SOUČASNÉ ATMOSFÉRY celková hmotnost cca 5,1.1018 kg (1 milióntina hmotnosti Země) dusík (78 %), kyslík (21 %), argon (0,9 %), oxid uhličitý (0,04 %) atd. Nadmorská výška Teplota Tlak Hustota Gravitační zrychlení 0 m 15°C 1013,25 hPa 1,225 kg/m3 9,81 m/s2 11 019 m -57°C 226,32 hPa 0,363 kg/m3 9,77 m/s2 VLIV ATMOSFÉRY NA ASTRONOMICKÁ POZOROVÁNÍ atmosféra propouští pouze v určitých „oknech" (napf. světlo, tedy viditelné elektromagnetické záření) turbulence atmosféry způsobuje seeing a scintilaci, obraz je nejen neostrý, ale není možné zaznamenat slabší objekty jas pozadí (jak přirozený, tak umělý) atmosférická exfínkce (absorpce a rozptyl záření) působí jako optický prvek - astronomická refrakce ATMOSFÉRICKÁ „OKNA" X-ray UV Visible Infrared Radio —I- Visible •Window" Infrared Microwave Windows Windows 10Ä 1000Á 0.01 mm 1 mm Wavelength (X) Radio Window Completely Transparent 10 cm 10 m ATMOSFÉRICKÁ REFRAKCE • lom světla na rozhraní dvou prostředí - důležitý jev pro veškerá astronomická pozorování prováděná ze zemského povrchu • platí známý vztah: (sin a J sin a2) = (n2/n1), kde a a2 jsou úhly v prostředí 1 a 2 a n^ a n2 příslušné indexy lomu • pro průchod atmosférou platí, že na ni lze pohlížet jako na vícevrstevné prostředí, kdy na každém přechodu dochází k lámání světla ke kolmici, protože hustota atmosféry směrem k povrchu Země roste, jev se nazývá astronomická refrakce ASTRONOMICKÁ REFRAKCE / .' i-ľ .' / / ■ v /v0 = C / i-■■ / / / r j r / f / ■" ■ / 1 ŕ \/ Vi ' Jr j /H j / ■ r / ■ r / v£ • ■" / i r y i ASTRONOMICKÁ REFRAKCE • maximální vliv je u obzoru, minimálně se projeviv zenitu, pokud označíme pozorovanou zenitovou vzdálenost objektu z, pak skutečná je z0 = z + r, kde r je uhel refrakce • platí sin (z+r) = n . sin z a pro malá r pak sin z . cos r + cos z sin r = n sin z • navíc můžeme položit cos r = 1 a sin r = r čili pak r = (n-1). tg z • pro normální atmosférický tlak a T = 0° C je index lomu vzduchu n = 1,000 293 a pouhá náhoda dává shodu, že n - 1 = 0,000 293 je rovno číselně 1' vyjádřené v radiánech, což umožňuje pro malé úhly použít vztah tg z = r v obloukových minutách, čili pro z = 45° je r = 1 . • refrakce uspíší východ a opozdí západ objektů o několik minut! • nutno uvážit, že r = f(n) = f (X), červené světlo je ovlivněno méně • refrakce má vliv i na tvar slunečního nebo měsíčního kotouče při V nebo Z ASTRONOMICKÁ REFRAKCE pro p = 1,013.105 Pa, 0 m n.m. a T = 0° C ATMOSFERICKÁ EXTINKCE S"To souhrnné označení pro snížení intenzity záření přicházejícího z vesmíru atmosférou Země • absorpce - destruktivní proces, foton je pohlcen atomem (molekulou), např. jeho energie excituje elektron do vyšší hladiny • rozptyl - srážka fotonu s částicí atmosféry, následná změna směru pohybu fotonu a energie fotonu i částice, částicí může být molekula, prach nebo kapička vody • Rayleighův rozptyl je úměrný • rozptyl na aerosolu jeho závislost na vlnové délce závisí na distribuční funkci velikosti částic • například Mieův rozptyl (na malých sférických částicích) je úměrný X~l ATMOSFÉRICKÁ EXTINKCE Celková extinkce se dá rozdělit do dvou složek - Rayleighova rozptylu na molekulách, který je stálou vlastností atmosféry, a rozptylu na větších pevných a kapalných částicích (aerosolech), který je velmi proměnný; na obrázku je zachycena situace, která odpovídá měřením na 65cm dalekohledu Astronomického ústavu Ondrejov za poměrně kvalitních podmínek s vyšší průzračností atmosféry. Absorpce není brána v úvahu. ATMOSFÉRICKÁ EXTINKCE • jak ji lze měřit? • měřením jasnosti jedné hvězdy neznámé hvězdné velikosti • měřením jasnosti více hvězd se známou hvězdnou velikostí • metoda „kouknu a vidím" • podrobnější postu 11.0 ŠP 11.2- > 1 11.4- ctí 6 13 11.6- 23 11- 12.0- ATMOSFERICKÁ EXTINKCE ■ instrumenta! magnitude out ofatmosphere mout(V) k(V) - instrumenta! magnitude -at zenith m(V)=mout(V)+k(V).X o.o air m ass X Extinkční koeficient je směrnicí přímky proložené závislostí instrumentální hvězdné velikosti objektu o konstantní mimoatmosférické jasnosti na optické hmotě. Atmosféra musí být homogenní a extinkce časově stálá. TURBULENCE ATMOSFÉRY má dva špatné vlivy na bodový zdroj záření 1. mění konvergenci nebo divergenci vlnoplochy a tak se zvyšuje nebo snižuje jasnost zdroje, tento efekt označujeme jako scintilace 2. náhodně mění lokální směr přicházejícího záření, výsledkem je náhodný pohyb obrazu, tento vliv turbulence je seeing TURBULENCE ATMOSFÉRY i k * # v iv in i" 1 NAJDU SI MÍSTO, KDE SE DOBRÉ KOUKÁ, KDE NENl SEEING A VlTR DO KOPULE NEFOUKÁ ... (BUTY) vysokohorské lokality Antarktida oběžná dráha povrch Měsíce adaptivní optika FOTOMETEORY DUHY KORÓNY GLÓRIE IRIZACE OBLAKŮ HALOVÉ JEVY SOUMRAKOVÉ JEVY Z fyzikálního hlediska se jedná vždy o některý z těchto jevů: 1. odraz světla na sférické kapce, 2. lom bez vnitřních odrazů, 3. lom s vnitřními odrazy na dostatečně velkých kapkách vody DUHY Závislost vzhledu duhy na velikosti kapek: Poloměr kapky Popis vzhledu duhy 0,5 - 1 mm Široký fialový pruh, jasně patrná zelená a červená 0,25 mm Slabší červená barva OJ -0,15 mm Široký pás duhy bez červené barvy 0,04 - 0,05 mm Široký a poměrně bledý pás duhy, nejvýraznější fialová 0,03 mm Bílý pruh v hlavní duze < 0,025 mm Tzv. duha v mlze, jeví se jako bílý pruh GALERIE • další snímk KORÓNY soustava barevných kroužků kolem plošného zdroje (Slunce, Měsíc atp.) GLORIE IRIZACE OBLAKŮ • vzniká ohybem a interferencí slunečních paprsků na kapičkách oblačnosti HALOVÉ JEVY velká skupina optických úkazů, které vznikají lomem a odrazem slunečního (měsíčního) světla na ledových krystalcích HALOVÉ JEVY Četnost výskytu: parhelický kruh cirkumíenitální oblouk Panoho oblouk dotykový oblouk halový sloup parhelium Slunce parhelium malé halo 22* velké halo 46* i i Halový jev počet dní / rok Malé halo Vedlejší slunce malého hala 71 Hor. nebo dol. dotyk, oblouk MH Halový sloup 34 Cirkumzenitální oblouk 31 Velké halo 18 Horizontální kruh nebo části Lowitzovy oblouky 3 Dotykové oblouky VH Vedlejší slunce 120° i Protislunce ale hal Vedlejší slunce malého hala Hor. nebo dol. dotykový oblouk MH Halový sloup Cirkumzenitální oblouk Velké halo Horizontální kruh nebo části Lowitzovy oblouky Dotykové oblouky VH Vedlejší slunce 120° Protislunce závislost na vvšce Slunce galerie video - halové ievv na horách HALOVÉ JEVY SOUMRAKOVÉ JEVY • Občanský, nautický a astronomický soumrak - vypočet • Fialová záře • Zelený paprsek • Soumrakový oblouk • Soumrakové paprsky MĚSÍČNÍ ILUZE NOČNÍ SVÍTÍCÍ OBLAKA Čárový blesk Rozvětvený blesk Kulový blesk Blýskavice BISHOPUV KRUH Podrobněji POUŽITE A DOPORUČENE INFORMAČNÍ ZDROJE Jan Bednár: Pozoruhodné jevy v atmosfére, Academia, 1989 Jan Bednár: Meteorológie, Portál, 2003 httD://ukazv.astro.cz/ httD:/A/vww.ursus.cz/Docasi/fotoatlas oocasi/fotoatlas oocasi.html ... A TO JE VŠE, PŘÁTELÉ!