Виталий Бронштэн - Серебристые облака и их наблюдение

T z= p sec z (56)

Закон Бугера справедлив для не слишком больших z , а именно, для z =< 75°. Для больших z мы должны в формуле (56) писать уже не sec z , а М (z), где М (z) называется относительной воздушной массой, или функцией Бемпорада.

Существуют таблицы М (z) для больших z [8] См. табл. 20 в «Постоянной части Астрономического календаря» (7-е изд.), а такжe Приложение 5. , однако они вычислены для так называемой средней атмосферы, а истинные М (z) сильно зависят от состояния атмосферы в данном месте и в данный момент (от ее температуры, запыленности и т. д.). Поэтому лучше определять М (z) непосредственно из наблюдений. Техника этих наблюдений такова.

Во вторую половину дня, предшествующего ночи наблюдений, направляем нашу стандартизационную насадку на Солнце и каждые 15 минут делаем засветку на пленке со стандартным временем экспозиции 30 секунд. Эти наблюдения продолжаются до самого захода Солнца, пока виден весь солнечный диск. Если ночью наблюдались серебристые облака, то утром наблюдения прозрачности атмосферы повторяются от восхода Солнца до полудня (ближе к полудню наблюдения можно производить реже, раз в полчаса).

Понятно, что такая нагрузка не под силу одному наблюдателю. Чтобы успешно работать, наблюдатель должен быть бодрым, а для этого надо хорошо высыпаться. Поэтому фотометрические наблюдения должны производиться двумя группами наблюдателей. Группа № 1 («совы») наблюдает с вечера до утра (или до исчезновения серебристых облаков), после чего ложится спать. Группа № 2 («жаворонки») ведет наблюдения атмосферной прозрачности днем до вечера, а затем идет спать до восхода Солнца, после чего проводит второй цикл наблюдений прозрачности — от восхода Солнца до полудня (можно закончить его и раньше). Чтобы каждый смог понаблюдать серебристые облака, «совы» и «жаворонки» через сутки могут меняться ролями.

Рассмотрим теперь порядок обработки полученного ряда наблюдений. Все засветки проверяем на микрофотометре и выражаем в системе единиц калибровочной шкалы. Не следует забывать, что каждая пленка с засветками от стандартизационной насадки должна быть прокалибрована, т. е. в нее следует с ночью впечатать изображения калибровочного фонаря. Если есть трубчатый фотометр, можно прокалибровать пленку и днем, используя Солнце в качестве осветителя. Поскольку и здесь время экспозиции должно быть равно 20 секундам, внешние отверстия фотомера следует прикрыть толстым молочным стеклом. Если применяются два разных калибровочных устройства, их шкалы надо привязать друг к другу по засветкам на одной и той же пленке обеих шкал.

Возьмем теперь формулу (53), подставим в нее из формулы (52) и прологарифмируем. Вместо 0 для краткости будем писать E 0. Получим

Нанесем теперь все точки на график, откладывая но оси абсцисс значении М (z), а по оси ординат — значения (lg E u— С ), где

Большинство точек для z =< 75° на прямую (рис. 49), тангенс угла которой к оси абсцисс будет равен lg p . проведя эту прямую до пересечения с осью ординат, найдем на ней значение С , а по формуле (58) lg E 0.

Рис. 49. Бугеровский график.

Для того, чтобы определить и нанести на график значения М (z), нужно будет вычислить значение расстояния Солнца для всех моментов наблюдений. Это делается по известной формуле

где ω — широта места, δ — склонение Солнца, t — его часовой угол; значение t в градусах равно

t= 15∙( T— T 0), (60)

где Т — момент наблюдения в часах, Т 0— момент истинного полудня (верхней кульминации Солнца). Этот момент в свою очередь равен

T 0= 12 ч+ ( λ 0— λ) + η, (61)

где λ — долгота места в единицах времени, λ 0— долгота центрального меридиана пояса, по которому ведется счет времени в месте наблюдении, η — поправка на приведение среднего времени к истинному, равная уравнению времени , которое приводится в таблицах эфемерид Солнца в «Астрономическом календаре» на каждый год. Из тех же таблиц берем и δ . Значение λ 0берем, исходя из следующих соображений. Поскольку период наблюдений серебристых облаков приходится на период действия в нашей стране летнего времени, то λ 0= 4 часа + Δ Т , где Δ Т — разность местного декретного времени с московским, а 4 часа — разность московского летнего времени с всемирным.

Исправлять за ослабление света в атмосфере нужно и яркость самих серебристых облаков. Так как они наблюдаются, как правило, при z > 75°, при учете ослабления их света в атмосфере нельзя принимать M (z) = sec z , а надо использовать значения M (z), полученные из описанных выше наблюдений Солнца в ближайший вечер или утро.

Переход от наблюденной яркости серебристых облаков к исправленной за атмосферное ослабление производится по формуле

B 0= B н∙ p - M( z ) (62)

Для определения таких характеристик серебристых облаков, как альбедо, нужно учитывать еще и атмосферное ослабление лучей Солнца, освещающих серебристые облака (см. § 5, формула (12)). Если величина Т 2, в этой формуле нам теперь известна из наблюдений Солнца и равна

Т 2= p M ( z ), (63)

то стоящая в той же формуле величина Т τ(прозрачность атмосферы на пути Солнце — облако) не может быть определена непосредственно из наблюдений и ее нужно уметь рассчитывать.

Световой поток, идущий от Солнца и освещающий серебристые облака, испытывает ослабление не только вследствие рассеяния и поглощения, но и вследствие рефракционного расхождения лучей. Это явление связано с тем, что чем ниже в земной атмосфере проходит луч, тем сильнее он преломляется (рис. 50), и сечение пучка лучей dS расширяется, превращаясь в dS '> dS . Соответственно убывает поток излучения, приходящийся на единицу поверхности, перпендикулярной пучку, т. е. освещенность.