ISSN 0351-6652 Letnik 18 (1990/1991) Številka 4 Strani 248-251 Marijan Prosen: ZAKAJ VIDIMO SONCE OB OBZORJU SPLOŠCENO Ključne besede: astronomija, optika. Elektronska verzija: http://www.presek.si/18/1050-Prosen.pdf © 1991 Društvo matematikov, fizikov in astronomov Slovenije © 2009 DMFA - založništvo ZAKAJ VIDIMO SONCE OB OBZORJU SPLOŠCENO V praznem prostoru ali homogeni prozorni snovi se svetloba Siri premočrtno. Svetlobni Jarek je torej raven. Pri prehodu iz praznega prostora v prozorno snov ali pri prehodu iz ene prozorne snovi v drugo spremeni svojo smer, kot bi se lomil. Tako temu naravnemu pojavu tudi rečemo lom ali refrakcija svetlobe (slika I; glej Se Presek 17, 26). Zrak je snov, ki je prozorna za svetlobo. Zemljo ogrinja zračna odeja -ozračje. To je prav tako prozorno za svetlobo, ki prihaja z oddaljenih vesoljskih teles, npr. planetov, Sonca, zvezd. Svetlobni žarek, ki na primer prihaja z zvezde in pade v opazovalčevo oko na povrSju Zemlje, mora iti skozi ozračje. V primeri z medplanetnim prostorom, kjer praktično vlada vakuum, ima naSe ozračje kar znatno gostoto (okoli 1 kg/m^ ob morski gladini). Zato se svetlobni Jarek pri prehodu iz medplanetnega prostora v ozračje lomi, torej spremeni smer * (slika 2). Slika 1. V praznem prostoru ali homogeni prozorni snovi potuje svetlobni iarek premočrtno. Pri prehodu iz vakuuma v prozorno snov ali pri prehodu i/ ene prozorne snovi v drugo pa spremeni svojo smer, se lomi. Pri tem velja lomni zakon: Vpadni svetlobni žarek v, lomljeni žarek I in pravokotnica n na mejno ploskev v vpadni točki V leiijo v isti ravnini. Vpadni kot a in lomni kot 0. ki ju merimo med smerjo navpičnice in smerjo posameznega žarka, nista enako velika (a ^ /3). če prihaja svetlobni žarek iz prozorne snovi z manjšo gostoto v prozorno snov z večjo gostoto, npr. iz zraka v steklo, se svetlobni Žarek lomi k navpičnici. Ta primer nas bo tudi zanimal. Pri pravokotnem vpadu se svetlobni žarek ne lomi. * Seveda svetloba z vesoljskega telesa utrpi Se druge spremembe: razklon, vpoj. si panje, migotanje zaradi turbulentnosti ozračja itn. V tem prispevku se bomo spoznali le s spremembo smeri. Ker je ozračje sestavljeno iz zračnih plasti, ki jim gostota narašča proti zemeljskemu površju, se svetlobni žarek vse bolj in bolj lomi (k navpičnici na meji dveh plasti), ko prodira globlje v zračne plasti (slika 3). Zato vsa vesoljska telesa, razen tistih v zenitu, katerih svetlobni žarek predira zračne plasti pod pravim kotom (ni loma), vidimo višje, kot so v resnici (slika 3). Ali drugače povedano: vesoljsko telo vidimo v smeri, ki se nekoliko razlikuje od smeri, v kateri bi ga videli, če ne bi bilo ozračja. Omenjena sprememba smeri je odvisna od višine vesoljskega telesa nad obzorjem. Opazovanja kažejo, da pada z višino. Za vesoljsko telo, ki ga opazujemo tik ob obzorju (višina je nič), je sprememba smeri največja. In sicer 35' (kar je okoli pol stopinje); za vesoljsko telo na višini 5° je okoli 10'; za vesoljsko telo na višini 10° je okoli 5', potem pa je vse manjša; za vesoljsko telo v zenitu (višina je 90°) pa je nič. (Seveda je sprememba smeri svetlobnega žarka odvisna Še od temperature in tlaka ozračja.) * I * I homogeno / ozračje Slika 2. Pot svetlobnega žarka od zvezde do opazovalčevega očesa O na zemeljskem površju: a - če ne bi bilo ozračja: b - če privzamemo, da bi imelo ozračje zgornjo mejo in konstantno gostoto. Opomba: Najbrž pa veS. da ozračje ni enakomerno gosto, ampak da njegova gostota pada z nadmorsko višino Pa tudi o zgornji meji je težko govoriti, saj ozračje polagoma prehaja v medplanetni prostor. Kolikšna je pravzaprav vi£ina ozračja ali kot tudi rečemo, debelina zračne plasti? Opazovanja kažejo, da se zaradi trenja z zračnimi molekulami meteorji prižigajo na višinah 60 do 90 km. Polarne sije, ki so naravni pojavi v našem ozračju, zabeležijo na viEinah 800 do 900 km. Torej sega ozračje visoko. Bodi kakorkoli že. V višinah, večjih od 100 km, ima zrak že tako majhno gostoto, da ga imamo lahko pri obravnavanju loma svetlobe za vakuum. Privzemimo, da je debelina ozračja okoli 100 km. To je zelo malo v primeri s polmerom Zemlje, ki meri 6400 km. In prav v tej tanki zračni plasti spremeni svetlobni žarek z oddaljenega vesoljskega telesa svojo smer (glej dalje). Zaradi loma svetlobe v zemeljskem ozračju torej vidimo vesoljska telesa viije, kot so v resnici Zaradi tega pojava se na primer podaljša čas, v katerem je vidno Sonce nad obzorjem; dan je torej daljši kot v resnici. Sonce vidimo kot enakomerno svetlo okroglo ploščico pod zornim kotom okoli 30'. Ob zahodu Sonca, ko je prava višina središča Sonca enaka nič, vidimo Sonce še nad obzorjem. Višina njegovega središča je namreč okoli 35'. Sonce zaide šele čez nekaj minut, ko je središče Sonca 35' pod obzorjem oziroma, ko je višina središča Sonca okoli -35'. Prav tako zaradi loma svtlobe v ozračju vzhaja Sonce nekoliko prej. Iz tega sledi, da ob enakonoČju dan ni enak noči. Ob enakonoČju je npr. na ekvatorju dan, to je čas, v katerem vidimo Sonce nad obzorjem, za okoli 4,5 minut daljši od noči. Zaradi loma v ozračju vidimo Sonce (in tudi Luno) tik ob obzorju rahlo sploščeno (slika 4). Sploščenosti Sonca se navadno pridružijo še drugi optični pojavi tako, da Sonce ob zahodu včasih nudi prav čudovit in veličasten prizor narave. Slika 3. Pot svetlobnega žarka od zvezde X. skozi ozračje, kjer se lomi (k navpičnici) v itevilnih zračnih plasteh, do opazovalčevega očesa O na dnu ozračja. a) TA je začetni del poti žarka v medzvezdnem in medptanetnem prostoru; A naj bo točka na vrhnji plasti ozračja, v katero vpade žarek, BO je končni det poti žarka, ki prispe v oko; opazovalec vidi zvezdo v smeri OB oziroma v smeri OZ', torej opazuje zvezdo viSje, kot je v resnici. OT prava (resnična) smer zvezde, OT' opazovana (navidezna) smer zvezde,