Iluminarea pământului

Una dintre condițiile necesare pentru existența vieții pe Pământ este prezența unui anumit regim, nu numai termic, ci și al unui regim ușor.

fascicul de lumină Sunny ajuns la limita exterioară a atmosferei, creează iluminarea 135.000 lux. o parte atmosfera Pământului a luminii împrăștiate și lumina implicate în crearea Pământului împrăștiate de lumină. suprafața Pământului primește, astfel încât lumina soarelui sub forma razelor solare directe si sub forma de lumina difuză care vine din cer, care, la rândul său, este compus din lumina difuzată de atmosfera în sine, iar lumina împrăștiată de toate norii cerului.

Lumina solară directă și difuză, care ajunge la suprafața Pământului, se reflectă din ea și se revine în atmosferă. Aici, ei participă din nou la împrăștiere, iar unii dintre ei se întorc din nou la suprafața pământului, sporind iluminarea sa. Rolul fiecăreia dintre sursele și amploarea contribuției sale la timpul de iluminare totală de zi stabilită de pământ (poziția soarelui pe cer), nebulozitate, atmosfera de transparență și reflexie (albedo) a suprafeței Pământului de dedesubt.

În timpul zilei, Pământul este iluminat de trei surse. Când cerul este limpede sau ușor tulbure, soarele este cel principal. Intervalul de variație de expunere la lumină la lumina directă a soarelui este extrem de mare: de la zero, în vremuri de ori răsărit și de apus la câteva zeci de mii de lux La prânz (și chiar până la 100 de mii de lux.). Iluminarea prin lumina împrăștiată în timpul zilei variază semnificativ mai puțin. Este de aproximativ 500 kl la momentele apropiate de răsăritul soarelui sau apusul soarelui și nu depășește o medie de 13-15 mii de lux în timpul apropiat de jumătatea zilei cu un cer fără cer.

Iluminarea luminii împrăștiate este puternic influențată de nori - numărul, forma, locația pe cer. Înaltă cumulus, cumulus Stratus sau pur și simplu nori cumulus care acoperă toate sau o parte semnificativă a cerului, în liber de ele discul solar și la altitudini mari, soarele poate fi de două-trei ori iluminarea luminii difuze. În același timp, low dens nori stratiform (Nimbostratus, laminate, și altele.) A redus timpul de iluminare de mai multe la altitudini joase ale soarelui. Contribuția la fluxul luminos de iluminare reflectată este determinată de albedo de suprafață. În diferite straturi de sol și plante, albedo este variabil. Valoarea sa variază de la 6-10 la 30-40%.

Cea mai mare influență asupra creșterii iluminării suprafeței pământului este asigurată de capacul de zăpadă. Albedo-ul zăpezii uscate proaspăt căzute este aproape de 100%. În zăpada poluată și umedă albedo este redus la aproape 30%. Reflectat de pe capacul de zăpadă, fluxul de lumină crește iluminarea luminii împrăștiate. Cea mai importantă creștere a iluminării datorată reflexiei din zăpadă are loc în prezența formelor de nori stratificate la altitudini mari ale Soarelui. În aceste condiții, fluxul de lumină împrăștiat care a călătorit prin nor și a ajuns pe Pământ, reflectat de mai multe ori de pe suprafața zăpezii și de marginea inferioară a norii, crește lumina reflectată de două sau de trei ori.

Astfel de condiții apar în regiunile arctice în timpul verii. La latitudini medii, de exemplu, în St. Petersburg, norii în timpul verii pentru a crește iluminarea, în medie, cu 50-60%, iar în timpul iernii, dimpotrivă, reduce cu 20%. Acest lucru se datorează faptului că, în vara de la St. Petersburg, înălțimile soarelui sunt mari, iar nori de forme cumulice predomină, crescând iluminarea. În timpul iernii, înălțimea Soarelui este mică și sunt observate cel mai adesea nori de forme stratificate, care diminuează iluminarea.

Iluminarea prin lumina directă a soarelui și prin lumina împrăștiată este denumită în mod colectiv o iluminare totală.

După apusul soarelui, suprafața pământului este luminată de lumina împrăștiată care emană din acea parte a cerului care este încă iluminată de razele soarelui. Pe măsură ce soarele se scufundă sub orizont, iluminarea Pământului scade mai întâi rapid, apoi din ce în ce mai încet și încet, iar întunericul nopții total începe treptat. Tranziția de la zi la noapte și de la noapte la zi pe Pământ, datorită prezenței atmosferei și a capacității sale de a împrăștia lumina, nu are loc instantaneu cu setarea soarelui, ci se întinde pe o anumită perioadă de timp, numită amurg.

O limită a amurgului este definită - se caracterizează prin momentele de răsărit sau apus de soare. A doua limită - timpul întunericului nopții - este incertă. În acest sens, distingeți mai multe tipuri de crepuscul, în funcție de adâncimea de scufundare a soarelui și de nivelul de iluminare pe Pământ.

Amurgul civil începe atunci când soarele se fixează și se termină la o adâncime de 6-8 °. În viața civilă, vine noaptea, de aici și numele de amurg. Cele mai strălucite stele devin vizibile pe cer.

Amurgul mării, sau navigația, începe la sfârșitul amurgului civil și se termină la o adâncime de 12 °. La sfârșitul acestei crepusci, iluminarea scade atât de mult încât navigatorii nu pot naviga pe obiectele neclintite de pe țărm. Puteți distinge în mod clar numai linia de orizont. În acest moment, toate semnalele de semnalizare și de identificare ar trebui să fie pe țărm și pe apă (balize, balize, etc.)

Astronomic amurg începe la sfârșitul crepusculului și se termină la o adâncime de imersiune a soarelui de 18 °. În acest timp, urmele zorii dispar, toate stelele apar pe cer (stelele celei de-a șasea magnitudine pot fi văzute cu ochiul liber) și orice observații astronomice pot fi făcute.

Cu suprafața unui cer senin iluminare Pământului la momentul de apus de soare este de aproximativ 1000lk sfârșitul crepusculului civil scade la câteva superioare (1-4), la sfârșitul navigare - până la miimi de apartamente ( „0.006) și sfârșitul astronomice - la fracțiunea zece-lux . Astfel, în timpul iluminarea crepusculară a suprafeței pământului variază în zeci și sute de milioane de ori.

Cum este pământul iluminat în timpul crepuscul? În Fig. 1.48 SS ¢ este fluxul de lumină solară. Iluminează Pământul și atmosfera. Apusul apare la punctul E care atinge razele suprafeței pământului. EB tangent este limita luminii și a umbrei și este numită terminator. O parte din atmosferă, care se află deasupra terminatorului, este încă iluminată de lumina directă a soarelui și participă la împrăștierea soarelui.

Ris.1.48. Iluminarea Pământului la amurg

Ea trimite lumina împrăștiată în toate direcțiile, inclusiv observatorul la punctul A. O parte din atmosferă, situată sub terminator, se află în umbra Pământului și nu mai este implicată în împrăștierea soarelui. La punctul A. unde este observatorul, amurgul a început deja, soarele a căzut sub orizont la un unghi de h. numeric egal cu unghiul central # 966 ;. Înălțimea limitei inferioare a atmosferei, încă luminată de razele soarelui și care transmite lumina împrăștiată în timpul crepuscul, poate fi calculată din formule

a) spre zenit. (1.21)

c) spre orizont. (1.22)

unde R = 6371 km - raza medie a Pământului.

Ca scufundării soarele sub terminatorul orizont se ridica tot mai sus, și o parte a atmosferei, lumina soarelui mai luminata este redusă și, prin urmare, iluminarea la punctul A scade treptat, trecând în noapte.

Tabelul 8 prezintă valorile numerice ale altitudinilor la sfârșitul diferitelor tipuri de crepuscul. Tabelul arată că după închiderea atmosferei straturilor crepusculare astronomice deasupra 76 km în direcția orizontului și deasupra spre zenit 325 km mai expuse direct la lumina soarelui și lumina ambientală este trimis la suprafață.

Înălțime în direcția în km

Observațiile de schimbări în luminozitatea cerului în timpul crepusculului au fost folosite pentru prima dată de către savant arab de renume din Evul Mediu Algazenom (965-1039) pentru a determina înălțimea atmosferei. Scăderea bruscă a luminozității cerului, conform presupunerii sale, ar trebui să corespundă limitei atmosferei. După ce a determinat acest moment, el a stabilit că atmosfera se extinde până la înălțimi de 26-31 km. Un astfel de rezultat pentru acel moment ar trebui să fie considerat bun, deoarece conținutul de mai sus nu conține mai mult de 0,1% din masa totală a atmosferei.

Pe timp de noapte, suprafața pământului este iluminată de o serie de surse. Printre ei, cel mai puternic, trimițând cea mai mare parte a lumii pe Pământ, este Luna. Pe nopți fără lună, suprafața pământului primește lumină care emană din cerul nopții. Lumina obișnuită provenită din toate sursele în absența lunii este numită strălucirea de noapte.

Iluminarea maximă, care creează o lună plină, situată la zenit cu transparență medie a atmosferei, este de aproximativ 0,25k. De obicei lumina lunii iluminare, în cazul în care luna nu este la înălțimea de cel mult 0,1lk, și prima dată, iar ultimul trimestru este doar 0,03-0,04lk. Luminozitatea discului lunar este creată de lumina reflectată a soarelui. Lumina luminii lumina este 0, 0002-0,0003% solare.

Ris.1.49. Constelațiile cerului de iarnă, vizibile la o latitudine de 40 ° N

În nopți clare, fără lună, pe cer, puteți vedea un grup de stele sub forma unei benzi ușoare cu muchii neuniforme, cum ar fi laptele turnat peste cerul întunecat. Aceasta este Calea Lactee sau galaxia noastră (în greacă înseamnă "lapte"). În Figura 1.49, Calea Lactee este descrisă ca o bandă curbată constând dintr-un număr imens de stele. În zona Calea Lactee este marea majoritate a stelelor luminoase.

Pentru a evalua luminozitatea stelelor vizibile cu ochiul liber, învățatul antic grec Hipparchus (secolul II î.Hr.) a introdus o scară specială de magnitudine stelare. Toate stelele vizibile cu un ochi simplu, în funcție de gradul de luminozitate, au fost împărțite în șase categorii sau cantități. Stelele primei magnitudine sunt cele mai strălucitoare. Luminozitatea stelelor celei de-a doua magnitudine este de aproximativ 2,5 ori mai mică decât stelele primei magnitudine etc. O astfel de scară de magnitudine a fost apoi extinsă la stelele vizibile de ochiul armat, presupunând că luminozitatea stelelor (n + 1) trebuie să fie de aproximativ 2,5 ori mai mică decât luminozitatea stelei n. Stelele 13, 14 și așa mai departe sunt Calea Lactee. Scara moderna a magnitudinilor stelare este construita astfel incat diferenta in 5 magnitudine stelare corespunde schimbarii iluminarii create de o stea, de 100 de ori.

Prima încercare de a calcula numărul total de stele a fost efectuată la sfârșitul secolului al XVIII-lea de către astronomul englez W. Herschel (1738-1822), fondatorul astronomiei stelare. În 50-60gg. În secolul trecut, lucrul la numărarea numărului de stele a fost finalizat cu toată îngrijirea posibilă pe telescoapele moderne de către olandezul B.Ya. Bok și studenții săi de la Universitatea Harvard (SUA).

Primele încercări de a evalua participarea tuturor stelelor la iluminarea suprafeței pământului pe timp de noapte au fost făcute încă din 1901. Astronom american S. Newcomb (1835-1909). Conform calculelor sale, sa dovedit că toate stelele luate împreună nu pot crea jumătate din iluminarea observată pe Pământ pe o noapte fără lună. Calculele de iluminare au fost efectuate mai târziu, dar în aproape toate cazurile sa dovedit că lumina stelelor nu este suficientă. Sa sugerat că există multe stele mici care sunt inaccesibile observării, dar trimit lumina lor pe Pământ. Cu toate acestea, studii suplimentare au respins această ipoteză. Pe masura ce telescoapele s-au imbunatatit, ideile despre numarul de stele ale fiecarei magnitudini stelare si stralucirea lor au fost rafinate.

Cu ochiul liber ridicat în munți se pot vedea stele cu magnitudinea de 6 stele, la nivelul mării - până la a 5-a și în telescoape moderne - până la 18,8. De-a lungul cerul are stele: valori a 5-a - 1620, 6 mai luminos - 4850 și mai luminoase - 18,8 - aproximativ 5 x 10 8. Aceasta, la prima vedere, cantitate extrem de mare - jumătate ca și astrofizica acum a fost găsit, este mai puțin de 2% din numărul total de stele din galaxia noastră. Numărul total de stele din galaxie este estimat la 3 × 10 10. Participarea cele mai stralucitoare stele 1 si 2 cantitatea de lumină din suprafața pământului este mai mică de 1%.

Dacă brusc toate stelele strălucitoare ar fi stins, atunci nu am fi observat nici măcar că a devenit mai întunecată. Stelele de mari magnitudine stelare sunt multe, dar ele sunt departe de noi, iar cu creșterea numărului de magnitudine stelare, rolul lor în iluminarea Pământului scade. Dintre toate stelele, iluminarea principală pe Pământ este produsă de stele de magnitudinea 10-15 care nu sunt vizibile ochiului.

Luminozitatea medie a suprafeței cerului stelar, care s-ar fi dovedit, dacă toate stelele ar fi distribuite uniform pe cer, ar fi o luminozitate de 5 × 10 -14 a Soarelui. Stelele sunt distribuite neuniform peste cer. Cele mai multe dintre ele se află în zona Calea Lactee, astfel încât strălucirea cerului în Calea Lactee este de aproximativ 9 ori mai mare decât cea a polului galactic. Rolul planetelor în iluminarea suprafeței pământului este neglijabil.

Dacă stelele oferă mai puțin de jumătate din iluminarea observată, atunci apare întrebarea, care sursă creează iluminarea rămasă a suprafeței pământului pe o noapte fără lună? Descoperirea acestei surse aparține astronomului englez Slipher. În 1919 pe baza observațiilor sale, a concluzionat că în fiecare noapte întregul cer emite o lumină continuă, asemănătoare cu lumina luminilor polare. Astfel, a fost descoperită strălucirea nocturnă a atmosferei.

Razele soarelui pătrund în întreaga atmosferă, dar strălucirea apare numai într-un anumit strat. Acest lucru se explică prin faptul că luminozitatea luminiscenței va fi mai mare, cu atât densitatea aerului este mai mare și cu atât intensitatea radiației ultraviolete a soarelui este mai mare. Ambii acești factori, care determină strălucirea aerului, se schimbă foarte repede și doar în direcții opuse.

Densitatea aerului și presiunea acestuia scad foarte repede, în timp ce se ridică deasupra suprafeței pământului. presiunea aerului secundar într-o atmosferă normală la suprafața Pământului la nivelul mării egal 1013gPa, la aproximativ 5 km este redus la jumătate, iar la o altitudine de 100 km de presiune măsurată are zece lobi milibari miime. Compoziția aerului, așa cum o avem la suprafața Pământului, rămâne neschimbată doar la înălțimi de ordinul a 80-100 km. Densitatea fluxului ultraviolet de la Soare crește cu înălțimea. Prin urmare, la o anumită înălțime, într-un strat destul de subțire, sunt create condițiile cele mai favorabile, când densitatea aerului și intensitatea radiației sunt încă suficiente.

Iluminarea suprafeței pământului pe nopți fără lună pe vreme clară variază de la 0,0005 la 0,001k. În condiții meteorologice ploioase, iluminarea poate scădea de 10 ori sau mai mult. În orașele mari, datorită surselor de lumină artificială reflectate de nori, iluminarea poate ajunge la 1k.

Relația cantitativă dintre lumina stelară și strălucirea nocturnă a atmosferei variază pe tot parcursul nopții, poate varia foarte mult de la o noapte la alta și de asemenea variază în funcție de locul cerului.

Articole similare

• Soarele este semnificația pământului, secretele științei, lumea invizibilă

• Lecția lumii din jurul clasei a 2-a pe tema - soare și pământ

• Telescopul NASA a găsit - copie - a pământului așa cum ar putea arăta planeta

Trimiteți-le prietenilor: