Рефракция - это преломление светового луча в атмосфере, обусловленное неодинаковым распределением плотности воздуха. Известно, что плотность атмосферы уменьшается с высотой.
Поэтому световые лучи, идущие к земле от солнца и других небесных светил,
переходя в нижние слои атмосферы, отклоняются от первоначального направления в сторону более плотных слоев воздуха. В результате траектория движения луча принимает форму кривой линии, обращенной выпуклостью вверх от земной поверхности (рис. 16). Глаз человека видит предмет по тому направлению, по которому луч входит в глаз.
Поэтому при нормальной рефракции источник света представляется наблюдателю лежащим выше своего действительного положения. Угол рефракции зависит от высоты светила: чем высота меньше, тем рефракция больше.
Около самого горизонту. она достигает 0°.5 Поэтому солнце и другие светила видны на своих местах только тогда, когда они находятся в зените, во всех других случаях они кажутся несколько приподнятыми, Вследствие рефракции можно наблюдать светило над горизонтом, когда оно на самом деле скрылось за него.
Вот почему в умеренных широтах фактическая продолжительность дня увеличивается на 8 - 13 мин, а в высоких широтах полярная ночь сокращается почти на две недели против теоретической.
Рефракция оказывает влияние на форму дисков солнца и луны у горизонта. При нахождении солнца или луны низко над горизонтом разность углов рефракции для нижнего и верхнего краев светила получается настолько большой, что нижний их край оказывается относительно более приподнятым, чем верхний. Поэтому диски солнца или луны иногда кажутся немного сплюснутыми.
Рис. 16 Рефракция
Рефракция и называется астрономической, если источником светового луча являются небесные светила ( солнце, луна, звезды), или земной, если луч света идет от земных предметов. Вследствие земной рефракции, например, линия берега с моря кажется выше, чем на самом деле.
Из-за земной рефракции истинная дальность бывает на 6 - 7% больше теоретической, благодаря чему предметы, в действительности уже скрытые за горизонтом, оказываются еще видимыми.
Тонкий слой легкого тумана на горизонте при восходе или заходе солнца и луны, особенно при ясной, теплой и тихой погоде, вызывает вследствие больших изменений плотности в самых нижних слоях атмосферы причудливые искажения контуров диска солнца или луны.
Это явление называется деформацией солнца и луны у горизонта. При этом иногда наблюдается появление второго солнца на некотором расстоянии от первого.
Мираж - явление анормальной рефракции: помимо самого предмета в его истинном положении наблюдатель видит его мнимое изображение. Отдаленные предметы при этом кажутся видоизмененными - увеличенными или уменьшенными,перевернутыми или искаженными в зависимости от отклонения, получаемого лучом света. Мираж часто наблюдается в степях жарких стран, пустынях, на океанах и морях, особенно в высоких широтах.
Мираж в море
При плавании в этих широтах нередко можно видеть несколько изображений одного и того же судна, причем некоторые из них обращены мачтами вниз. Иногда же очертания берегов и других предметов так сильно искажаются, что даже при хорошем знании местности бывает трудно ее опознать.
В Антарктике, у самой линии горизонта океана, можно видеть айсберги, сильно вытянутые в высоту, причем иногда такие ледяные горы кажутся повисшими в воздухе в перевернутом виде.
Миражи возникают при ясной погоде и высоком атмосферное давлении, когда в нижних слоях воздуха плотность изменяется с высотой нс плавно, а скачкообразно. В этом случае лучи света, идущие к наблюдателю от различных предметов, испытывают полное внутреннее отражение на границе слоев воздуха с различными плотностями.
Иначе говоря, причина возникновения миража - необычная, повышенная рефракция света, образующаяся при резком изменении плотности воздуха по вертикали в нижнем слое атмосферы. Последняя в основном зависит от быстроты изменения температуры воздуха в вертикальном положении.
24 апреля 2012 года в городе Вентспилс, Латвия был заснят зеркальный мираж. Комментарий автора видео:
«Необычное явление природы. На море плавают корабли со своим отражением сверху.»
Например, если теплый воздух распространяется над холодной водой и особенно над ледяным или снежным покровом, то у самой подстилающей поверхности образуется относительно сильно охлажденный воздух, в этом случае с высотой температура будет заметно увеличиваться, а плотность резко уменьшаться.
Световой луч от отдельных предметов идет по выпуклой кривой, в результате чего сами предметы кажутся наблюдателю приподнятыми. Известны случаи, когда с побережья Крыма был виден берег Турции, находящийся на расстоянии 400 км. Такое явление называется верхним миражем (рис. 17)
Наоборот при распространении холодного воздуха над сравнительно теплым морем или над пустыней нижние слои воздуха прогреваются больше, чем верхние В этом случае траектория светового луча имеет выпуклость вниз, в результате чего отдаленные предметы кажутся наблюдателю в перевернутом виде Это явление называется нижним миражем (рис. 18)
Как било сказано выше мираж обусловливается либо сильным охлаждением либо сильным нагреванием земной поверхности и предметов, То и другое может происходить как местное явление при тихой ясной погоде.
Кратковременные миражи довольно часто наблюдаются в прибрежной зоне морей и океанов и указывают на устойчивую антициклональную погоду.
Нижний отчетливо видимый мираж возникающий после тихой жаркой погоды при сильном нагреве приземного слоя воздуха обусловливает неустойчивое состояние атмосферы которое может в любое время привести к ненастной ветреной погоде.
Признаками наступления миража и чрезвычайно сильной рефракции на море может служить кажущееся дрожание горизонта, а также наличие мглы на горизонте.
Деформация формы диска солнца луны и других светил у горизонта при восходе или заходе предвещает тихую, ясную погоду без осадков.
Устойчивый верхний мираж - признак наступления ненастной циклональной погоды.
Длительный нижний мираж указывает на ненастную погоду.
Кратковременный мираж на берегу моря - признак устойчивой антициклональной погоды.
Сумерки
Сумерками называется переходное время от дневного свет к темноте вечером или от темноты к свету утром Различают сумерки гражданские и астрономические.
Гражданские сумерки - это промежуток времени, за которое солнце прячется за горизонт до угла 6 - 8° над ним. В этот период на открытом воз духе можно читать и писать без искусственного освещения.
Астрономические вечерние сумерки заканчиваются, когда солнце опускается за горизонт и наступает полная темнота.
Продолжительность сумерек зависит от широты места, времени года и состояния атмосферы (погоды). Наиболее короткие сумерки наблюдаются на экваторе, где через 24 мин после захода солнца наступает темнота. С широтой продолжительность сумерек значительно увеличивается.
На широте, например, Ленинграда продолжительность сумерек бывает летом настолько большой, что вечерние сумерки сливаются с утренними: это время называют белыми ночами. В Арктике и Антарктике при переходе от полярного дня к полярной ночи или наоборот сумерки могут продолжаться подряд несколько суток.
При большой влажности и запыленности воздуха продолжительность сумерек в среднем больше, чем при менее влажном и чистом. Облака тоже влияют на продолжительность сумерек:
при наличии облаков верхнего яруса сумерки удлиняются, а при облаках среднего и нижнего ярусов - укорачиваются.
Короткие сумерки свидетельствуют о большой прозрачности атмосферы (о небольшой влажности и малой запыленности воздуха) - можно ожидать наступления или сохранения ясной, тихой антициклональной погоды.
Продолжительные сумерки свидетельствуют о большой влажности и запыленности атмосферы - признак приближения циклона и наступления влажной ветреной погоды.
