שבירת אור באטמוספרה של כדור הארץ

מתוך אסטרופדיה
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
השמש בעת השקיעה - ניתן להבחין כי צורתה של השמש פחוסה מעט. הסיבה לכך היא כי שבירת אור באטמוספרה של כדור הארץ מעוותת את דמות השמש וגורמת לציר האנכי שלה לקטון. העיגול הלבן, מראה כיצד היתה נראית השמש ללא שבירת האור באטמוספרה. על פני השמש ניתן להבחין במספר כתמי שמש. צילום: דני בקרמן.

שבירת אור באטמוספרה של כדור הארץ (באנגלית: Atmospheric Refraction) היא תופעה של שבירת קרני האור באטמוספרה של כדור הארץ.

האטמוספרה של כדור הארץ היא תווך בעל מקדם שבירת אור גדול מעט מ-1 (ראו: שבירת אור) ןעל כן כאשר אור הכוכבים נכנס לאטמוספרה ועושה את דרכו לעבר צופה על כדור הארץ כיוון תנועתו משתנה מעט. ככל שהאור ממשיך לחדור לאטמוספרה, צפיפות האטמוספרה עולה, מהירות האור בתווך יורדת ומקדם השבירה עולה וכך האור ממשיך לשנות את כיוונו.

על כן כאשר אנו מתבוננים בכוכבים וגרמי שמיים אחרים מיקומם הנראה בשמיים איננו זהה למיקום הגאומטרי האמיתי שבו היו ממוקמים אילו היינו מסירים את האטמוספרה של כדור הארץ.

השפעות של שבירת האור באטמוספרה

שבירת אור באטמוספרה של כדור הארץ והארת הירח בזמן ליקוי ירח מלא. בעת שהירח נמצא בצל המלא של כדור הארץ, הוא אמור להיות חשוך לחלוטין, אך בכל זאת ניתן לראותו בגוון אדמדם. הסיבה לכך, כפי שנראה באיור משמאל, הינה שאור מהשמש העובר דרך האטמוספרה של כדור הארץ נשבר ומאיר את אזור הצל המלא של כדור הארץ.

שבירת האור גורמת לעצמים בשמיים להראות גבוהים יותר מעל האופק מאשר גובהם האמיתי (לולא האטמוספרה) מעל האופק. לדוגמה כאשר אנו רואים את השמש על האופק היא נמצאת כ-34 דקות קשת (קצת יותר מחצי מעלה) מתחת לאופק בממוצע.

שבירת האור באטמוספרה של כדור הארץ היא גם האחראית לצורה הפחוסה של השמש והירח בזמן שקיעה או זריחה. האור המגיע מהחלק התחתון של השמש או הירח עובר שבירה חזקה יותר באטמוספרה של כדור הארץ וכתוצאה מכך נראה גבוה יותר בשמיים. התוצאה, הציר של השמש או הירח הניצב לאופק נראה קצר יותר (הסיבה שבגינה הירח או השמש נראים גדולים כאשר הם בסמוך לאופק אינה קשורה לשבירת האור באטמוספרה – ראו אפקט הירח הגדול).

ניתן לראות תוצאה נוספת של שבירת אור באטמוספרה של כדור הארץ בזמן ליקוי ירח מלא. בעת שהירח נמצא בצל המלא של כדור הארץ, הוא אמור להיות חשוך לחלוטין, אך בכל זאת ניתן לראותו בגוון אדמדם. הסיבה לכך, כפי שנראה באיור משמאל, הינה שאור מהשמש העובר דרך האטמוספרה של כדור הארץ נשבר ומאיר את אזור הצל המלא של כדור הארץ. באיור, האטמוספרה של כדור הארץ מסומנת בצבע ירוק לשם הדגשה. הגוון האדמדם של הירח, בעת ליקוי, נובע מכך שאור אדום עובר ביתר קלות את האטמוספרה של כדור הארץ, בעוד אור כחול מתפזר (ועל כן השמיים נראים כחולים).

חישוב שבירת האור באטמוספרה של כדור הארץ

זווית שבירת האור באטמוספרה תלויה בפרמטרים מטאורולוגים כגון הטמפרטורה, לחץ האוויר והלחות.

נוסחה מקורבת לחישוב זווית שבירת האור באטמוספרה במעלות, R, כתלות בטמפרטורה T במעלות צלסיוס, בלחץ האוויר P במיליברים ובגובה של העצם מעל האופק, Alt , במעלות – עבור זוויות גובה גדולות מ 15 מעלות מעל האופק:


R=\frac{0.28P}{T+273}\,\frac{0.^{\circ}0167}{\tan(H+7.^{\circ}31/[H+4.^{\circ}4])}

עבור זוויות גובה נמוכות מ 15 מעלות ניתן להשתמש בנוסחה המקורבת הבאה:

R=\frac{P}{T+273}\,\frac{0.^{\circ}1594+0.0196H+0.00002H^{2}}{1+0.505H+0.0845H^{2}}


כאמור שבירת האור משנה את הגובה הנראה מעל האופק. ניתן להמיר את השינוי הנ"ל לשינוי בקורדינאטות שמימיות משווניות ע"י:

\alpha=\,\alpha_{o}-R\sec(\delta)\sin(C)

\delta=\,\delta_{o}-R\cos(C)

כאשר α ו δ העליה הישרה והנטיה האמיתיים, בהתאמה, של העצם השמימי, αo ו δo הם העליה הישרה והנטיה הנראים (מתוקנים שלבירת האור באטמוספרה) ואילו C הינה הזווית הפרלקטית.

ראו גם

הרצאות וידאו

קישורים חיצוניים

ספרות מקצועית

מחברים


ערן אופק