Виталий Бронштэн - Серебристые облака и их наблюдение

Рис. 50. Схема рефракционного ослабления луча, проходящего через атмосферу Земли.

Нетрудно показать, что отношение освещенности при отсутствии рефракции Е к освещенности Е ', искаженной рефракцией, равно [9] Вывод формулы (64) приведен в книгах: Шаронов В. В. Природа планет. — М.: Физматгиз, 1958, с. 414–415; Шаронов В. В. Планета Венера. — М.: Наука, 1965, с. 201.

где H *— шкала высот (см. формулу (2) на с. 16), L — расстояние ВС на рис. 18, равное

а угол ψ 1определяется формулой (5), § 3; θ — это удвоенный угол рефракции, величина которого зависит от значения минимальной высоты Н 0, которой достигает освещающий серебристое облако луч Солнца. Эта высота определяется по формуле

Значения угла б в функции Н 0приведены в Приложении 6 .

Нам осталось учесть ослабление освещающего солнечного луча за счет рассеяния и поглощения в атмосфере на пути «Солнце — облако», и мы получим следующее выражение для Т 1:

Значения М θ0(Н 0) — воздушной массы, проходимой лучом на минимальной высоте Н 0при z = 90°, приведены в Приложении 6 . Кроме того, ее можно рассчитать по формуле Лапласа

где Р — давление на высоте Н 0в миллибарах, Т — температура на той же высоте в градусах абсолютной шкалы Кельвина.

Теперь мы имеем все необходимые величины для учета атмосферного ослабления как света Солнца, к которому мы привязываем с помощью стандартизации яркость серебристых облаков, так и света самих серебристых облаков, а также освещающих их лучей Солнца. Порядок вычислений будем применять следующий:

1) Из обработки лабораторных экспериментов по формулам (51) и (48) определяем раз и навсегда коэффициент пропускания насадки К .

2) Из ряда наблюдений Солнца со стандартизационной

насадкой по формулам (57) и (58) строим бугеровский график и определяем прозрачность атмосферы p . Этот же график послужит нам для определения значений M (z) для больших z .

3) По формулам (54) и (55) получаем для каждого отсчета микрофотометра, переведенного в относительные яркости Ь , видимые абсолютные яркости серебристых облаков В н.

4) По формуле (62) находим истинные яркости серебристых облаков В 0.

5) По формулам (63), (67) и (12) вычисляем видимое альбедо серебристых облаков А н.

Входящие в эти формулы вспомогательные величины находим по другим формулам этого параграфа.

Обращаем внимание читателей на то, что величина M (z) в формулах (53), (55), (57) — это атмосферная масса на пути луча Солнца, фотографируемого нашей насадкой, а в формулах (62) и (63) эта величина соответствует атмосферной массе на пути луча «серебристое облако — наблюдатель», поэтому в эти формулы надо подставлять M (z), соответствующее зенитному расстоянию Солнца в первом случае и серебристых облаков во втором.

Колориметрические наблюдения.Научившись производить фотометрию серебристых облаков по их фотографиям, мы можем перейти к более сложному виду наблюдений — фотографической колориметрии. Вся методика работы остается прежней, но фотографирование ведется одновременно тремя фотоаппаратами, установленными так, чтобы их оптические оси были параллельны друг другу. На объективы аппаратов ставятся три светофильтра, по возможности с узкой полосой пропускания (не более 300 А°), с максимумами чувствительности в синей, желто-зеленой и красной областях спектра. Нужно, чтобы применяемая фотопленка была достаточно чувствительна во всех этих областях спектра, поэтому следует применять пленку типа изохром или изопанхром.

Как уже было сказано, экспозиции на всех трех аппаратах производятся одновременно, для чего применяется устройство, изображенное на рис. 38.

Калибровка каждой пленки производится, как и при одноцветной фотометрии, по изображениям Отверстий калибровочного фонаря. Для каждого цвета строится отдельная характеристическая кривая.

Стандартизация снимков для каждого цвета производится отдельно, одной насадкой, но с заменой светофильтров. Это значительно усложняет работу, так как для замены светофильтров насадку надо каждый раз снимать, а потом снова устанавливать. От этого можно избавиться, изготовив три отдельные насадки. В этом случае можно стандартизационные экспозиции производить одновременно тем же устройством. Но тогда нужно произвести фотометрическую привязку всех трех насадок друг к другу. Для этого надо снять светофильтры с аппаратов и получить засветки от Солнца одновременно тремя насадками, а затем произвести их фотометрическое сравнение, хотя бы в относительных единицах. В случае использования трех насадок их надо «закрепить» за аппаратами, т. е. ставить всегда насадку № 1 на аппарат № 1 и т. д. Это нужно еще и потому, что фотоаппараты могут слегка отличаться друг от друга (по фокусному расстоянию, относительному отверстию и т. д.) и описанное выше фотометрическое сравнение будет сделано для постоянно используемых комбинаций «аппарат + наладка».

После получения результатов, т. е. видимых яркостей серебристых облаков в трех областях спектра, можно определить их специальные показатели цвета в звездных величинах, как это принято в астрономии. Для этого рассчитаем величины

и образуем разности m 1— m 2и m 2— m 3. Это и будут специальные показатели цвета. Индекс «1» здесь относится к красным лучам, «2» — к желто-зеленым, «3» — к синим. Если специальные показатели цвета положительны, значит, свет серебристых облаков краснее света Солнца, если отрицательны — то голубее.

Многие любители астрономии не раз получали цветные Фотографии серебристых облаков, чаще всего на обратимой пленке для применения их в качестве слайдов. Получают цветные снимки и на фотобумаге. Однако такие снимки имеют лишь чисто иллюстративное значение, хотя порой и очень красивы. Научная обработка цветных фотографий пока еще не освоена, ибо при этом значительно усложняется процесс и методика калибровки снимков (нужно получить не только яркостную, но и цветовую шкалу), а также их лабораторной обработки.

Поляриметрия серебристых облаков.Поляриметрия по методике во многом напоминает колориметрию, только вместо цветных светофильтров на объективы фотоаппаратов ставятся анализаторы, в качестве которых могут быть использованы выпускаемые нашей промышленностью и имеющиеся в продаже поляризационные светофильтры (поляроиды). На первый аппарат поляроид ставится так, чтобы плоскость его поляризации была вертикальна; плоскости поляризации поляроидов на втором и третьем аппарате должны быть наклонены на угол 60° в противоположные стороны (рис. 51). Экспозиции производятся одновременно на всех трех аппаратах.