Astronet > 4.3 Rasseyanie na aerozolyah

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Precizionnaya fotometriya

<< 4.2 Releevskoe rasseyanie | Oglavlenie | 4.4 Pogloshenie atmosfernym ozonom >>

4.3 Oslablenie sveta rasseyaniem na aerozolyah

Vtorym rasseivayushim agentom v atmosfere yavlyaetsya aerozol'. Plavayushie v vozduhe aerozol'nye chasticy v osnovnom predstavlyayut soboi smes' chastic pyli, l'da i mel'chaishih kapelek vody. Razmery etih chastic sravnimy s dlinoi volny vidimogo sveta, no, razumeetsya, mogut izmenyat'sya v dostatochno shirokih predelah. Teoriya rasseyaniya takimi chasticami podrobno razrabotana G.Mi.

Oslablenie sveta atmosfernym aerozolem opisyvaetsya ob'emnym koefficientom aerozol'nogo oslableniya sveta $\beta_s(l,h)$ , zavisyashim ot dliny volny i ot vysoty nad urovnem morya. Opticheskaya tolsha atmosfernogo aerozolya vyshe nekotorogo urovnya $h_{\circ}$ v atmosfere, po analogii s formuloi (4.9), opredelyaetsya integrirovaniem $b_s(\lambda,h)$ ot vysoty $h_{\circ}$ do verhnei granicy atmosfery:

$\begin{displaymath} \tau_s(\lambda,h_{\circ}) = \int \limits_{h_{\circ}}^{\infty} \beta_s(\lambda,h)\,dh , \end{displaymath}$

(4.15)

a propuskanie atmosfery, zavisyashee ot aerozol'nogo rasseyaniya,

$\begin{displaymath} p_s(\lambda,h_{\circ}) = e^{-\tau_s(\lambda,h_{\circ})}. \end{displaymath}$

(4.16)

Opticheskie svoistva aerozolya s vysotoi nad urovnem morya izmenyayutsya. Chem krupnee chastica, tem slabee zavisimost' oslableniya ot dliny volny pri rasseyanii. Dlya chastic nekotorogo razmera, kak i v sluchae releevskogo rasseyaniya, etu zavisimost' mozhno predstavit' kak obratnuyu proporcional'nost' nekotoroi stepeni dliny volny:

$\begin{displaymath} \tau \propto \lambda^{-n}. \end{displaymath}$

(4.17)

Esli razmery aerozol'nyh chastic sravnimy s razmerami molekulyarnyh fluktuacii, to zavisimost' ot dliny volny budet podobna releevskoi, t.e. oslablenie obratno proporcional'no primerno chetvertoi stepeni dliny volny. Dlya bolee krupnyh chastic pokazatel' stepeni

budet men'she, i, nakonec, dlya chastic, razmery kotoryh mnogo bol'she, chem dlina volny, rasseyanie smenitsya ekranirovaniem i zavisimost' ot dliny volny polnost'yu ischeznet. Samye krupnye chasticy oslablyayut svet neitral'no, neselektivno. Poetomu v atmosfere, sil'no zapylennoi krupnymi chasticami, kogda opticheskaya tolsha takogo aerozolya prevyshaet opticheskuyu tolshu releevskogo rasseyaniya, nebo vyglyadit belesym, a yarkie svetila (Solnce, Luna) dazhe u samogo gorizonta ne imeyut krasnogo ottenka. Na ris.4.4 pokazano, kak izmenyaetsya s vysotoi nad urovnem morya vid zavisimosti ob'emnogo koefficienta aerozol'noi ekstinkcii ot dliny volny $\beta (\lambda ,h)$ .

Ris. 4.4: Izmenenie ob'emnogo koefficienta aerozol'noi ekstinkcii $\beta (\lambda ,h)$ ot dliny volny i ot vysoty nad urovnem morya. Horosho viden raznyi naklon krivyh na razlichnyh vysotah

$\begin{figure}\begin{center} \epsfxsize =0.8\textwidth\epsfbox{lfig4_4.eps}\end{center}\end{figure}$

Poskol'ku v atmosfere plavayut chasticy samyh razlichnyh razmerov, to harakterizovat' polnuyu zavisimost' aerozol'nogo oslableniya ot dliny volny mozhno tol'ko ochen' priblizhenno, prichem, na raznyh urovnyah atmosfery pokazateli stepeni v formule (4.17) razlichny. V nizhnih sloyah atmosfery pogloshenie bolee neitral'no, a vyshe, pri men'shih razmerah aerozol'nyh chastic, ono bolee selektivno. Pravda, v etom raspredelenii byvayut inversii. V chastnosti, na vysote tropopauzy sobirayutsya neskol'ko bolee krupnye chasticy i v bol'shem kolichestve, chem vyshe i nizhe. Eto vidno iz tabl. 4.1, v kotoroi predstavleny dannye iz serii monografii po atmosfernoi optike pod redakciei akademika Zueva (Tomsk), osnovannye na model'nyh raschetah, kotorye udovletvoritel'no shodyatsya s rezul'tatami lazernoi lokacii atmosfery.

Tablica 4.1: Zavisimost' ob'emnogo koefficienta $\beta (\lambda ,h)$ , opticheskoi tolshi $\tau (\lambda ,h)$ i koefficienta propuskaniya $p(\lambda ,h)$ aerozol'noi ekstinkcii ot vysoty nad urovnem morya (dlya $\lambda = 5300\AA$ )

(km)	$\beta_s(5300\mbox{\r{A}},h)$	$\tau_s(5300\mbox{\r{A}},h)$	$p_s(5300\mbox{\r{A}},h)$
0	0.108	0.15155	0.8598
1	0.0588	0.06815	0.9342
2	0.0228	0.02735	0.9730
3	0.00927	0.01132	0.9888
4	0.000968	0.00620	0.9938
5	0.000396	0.00552	0.9945
6	0.000168	0.00523	0.9948
7	0.000080	0.00511	0.9949
11	0.000621	0.00485	0.9952
14	0.000309	0.00371	0.9963
18	0.000450	0.00229	0.9977
30	0.000012	0.00017	0.9998

Vnachale velichina pokazatelya $\beta$ umen'shaetsya v 10 raz primerno k vysote 3 km. Potom, k vysote 4 km ona padaet eshe pochti v 10 raz. Dalee skorost' padeniya ubyvaet i umen'shenie $\beta$ eshe na odin poryadok proishodit k vysote primerno 6 km. Zatem ekstinkciya vozrastaet. Vidno, chto na vysotah ot 10 do 20 km koefficient $\beta$ imeet primerno takuyu zhe velichinu, kak na vysote 5 km. Pogloshenie, v 10 raz men'shee, chem na vysote 6 km, dostigaetsya tol'ko k 30 km nad urovnem morya.

Ris. 4.5: Zavisimost' aerozol'noi opticheskoi tolshi atmosfery ot obratnoi dliny volny

$\begin{figure}\begin{center} \epsfxsize =0.8\textwidth\epsfbox{lfig4_5.eps}\end{center}\end{figure}$

Osnovyvayas' na formule (4.15), postroim grafik zavisimosti $\tau(\lambda)$ ot obratnoi dliny volny $1/(\lambda)$ (ris. 4.5). Vidno, chto zavisimost' imeetsya, no sdelat' odnoznachnyi vyvod o velichine uglovogo koefficienta nel'zya. Ochevidno, chto ot kakoi by stepeni $\lambda$ my ni stroili grafik, eto budet ne sovsem pravil'no, tak kak v raznyh sloyah atmosfery raspolozheny chasticy raznogo razmera, i na samom dele zdes' my imeem nekotoruyu ``smes''' raznyh zavisimostei. Pri raznyh sostoyaniyah atmosfery izmeneniya razmerov chastic takzhe budut sil'no vliyat' na izmenenie selektivnosti. Osnovnoe oslablenie sveta aerozolem proishodit v samyh nizhnih sloyah atmosfery, i, podnyavshis' na 3 km, my imeem koefficient $\beta$ na poryadok men'she, chem na urovne morya. Poetomu nesluchaino, chto ochen' mnogie astronomicheskie observatorii raspolozheny na vysotah ot 2500 do 3500 m nad urovnem morya. Tam v znachitel'noi stepeni oslableno vliyanie atmosfernogo aerozolya, no usloviya dlya zhizni i deyatel'nosti cheloveka eshe vpolne prigodny.

Iz chisla atmosfernyh pogloshayushih agentov aerozol' odin iz samyh peremennyh. V nizhnih sloyah atmosfery osobenno sil'no mozhet izmenyat'sya neselektivnaya chast' aerozol'nogo oslableniya. V praktike rabot v Tyan'-Shan'skoi observatorii GAISh neredko byvali nablyudatel'nye nochi, kogda neselektivnoe pogloshenie sostavlyalo 1-2%. Odnako, zafiksirovana nablyudatel'naya(!) noch', kogda aerozol'noe pogloshenie v zenite sostavlyalo svyshe 0.8 zvezdnoi velichiny. (V zhurnale nablyudenii pod etoi datoi nablyudatel' napisal: ``svirepaya dymka''.) Poetomu dlya tochnyh fotometricheskih izmerenii kraine vazhno odnovremenno s izmereniyami svetovyh potokov ot zvezd umet' izmeryat' komponenty atmosfernoi ekstinkcii, prezhde vsego atmosfernyi aerozol'.

Esli my ne v sostoyanii izmerit' s pomosh'yu dopolnitel'nogo fotometra sostoyanie atmosfery i sinhronno opredelit' znachenie atmosfernyh parametrov poglosheniya, to v obshem sluchae, tochnost' vyshe 1% ( $\approx0{}^m\!\!\!.\,01$ ) ne mozhet byt' dostignuta. Hotya obshee pogloshenie aerozolem v horoshuyu yasnuyu noch' na vysokogornoi observatorii sostavlyaet v zenite ne bolee $0{}^m\!\!\!.\,02$ - $0{}^m\!\!\!.\,03$ , ono mozhet izmenyat'sya s amplitudoi v neskol'ko desyatkov procentov. Ne tak strashno, esli po vsemu nebu medlenno izmenyaetsya neselektivnaya chast' atmosfernogo aerozolya. Eto oznachaet, chto svetovye potoki ot issleduemoi zvezda i zvezdy sravneniya (standarta) budut oslableny v odno i to zhe chislo raz (na odnu i tu zhe zvezdnuyu velichinu). Huzhe, esli oslablenie razlichno v raznyh napravleniyah: v napravlenii na issleduemuyu zvezdu i v napravlenii na zvezdu-standart (tak nazyvaemyi azimutal'nyi effekt prozrachnosti).

Kogda aerozol'noe pogloshenie veliko (t.e. mnogo chastic na luche zreniya), mogut byt' veliki (v absolyutnom vyrazhenii) i fluktuacii etogo poglosheniya (fluktuacii chisla chastic) v raznyh napravleniyah i v raznye momenty vremeni. Esli zhe aerozol'noe oslablenie malo, to dazhe bol'shie otnositel'nye ego fluktuacii budut maly v absolyutnom vyrazhenii i dadut malyi vklad v obshee pogloshenie. Drugimi slovami, gorazdo luchshe, esli pogloshenie sostavlyaet $0{}^m\!\!\!.\,01$ i menyaetsya na 100%, chem esli fluktuacii poglosheniya sostavlyayut 10%, a samo pogloshenie poryadka $1{}^m$ . V observatoriyah gde nablyudayutsya azimutal'nye effekty, dlya dostizheniya vysokoi tochnosti ih trebuetsya izuchat' i uchityvat'. (Etogo, kak pravilo, ne delaetsya pri obychnyh fotometricheskih nablyudeniyah!)

Itak, chtoby realizovat' tochnost' elektrofotometricheskoi metodiki, priblizhayushuyusya k apparaturnoi, neobhodimo horosho znat' atmosfernoe aerozol'noe pogloshenie v kazhdyi moment vremeni i v kazhdom napravlenii.

<< 4.2 Releevskoe rasseyanie | Oglavlenie | 4.4 Pogloshenie atmosfernym ozonom >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: Fotometricheskaya sistema - zvezdnaya velichina - fotometriya - spektrofotometriya - atmosfernoe pogloshenie Publikacii so slovami: Fotometricheskaya sistema - zvezdnaya velichina - fotometriya - spektrofotometriya - atmosfernoe pogloshenie
Sm. takzhe: Zvezdnye velichiny Zahodyashaya ten' Zemli Spektral'noe i fotometricheskoe issledovanie linzovidnoi galaktiki s obolochkami NGC 474 Laboratoriya issledovaniya zvezdnogo magnetizma SAO RAN Laboratoriya spektroskopii zvezd SAO RAN Laboratoriya spektroskopii i fotometrii vnegalakticheskih ob'ektov SAO RAN Pokazatel' cveta Vse publikacii na tu zhe temu >>

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce