§ 9.4. Рефракция оптических и инфракрасных волн

Различают астрономическую рефракцию - преломление лучей, идущих от небесного светила или другого источника, находящегося на большой высоте, к наблюдателю, и земную рефракцию - преломление лучей, идущих от земных объектов.

Необходимо отметить, что оптические и ближние ИК волны рефрагируют меньше, чем радиоволны. Это вызвано тем, что в рассматриваемых диапазонах влиянием водяного пара, содержащегося в воздуха, можно пренебречь, поскольку ориентация молекул воды не успевает меняться с высокой частотой поля. Выражение для определения диэлектрической проницаемости тропосферы упрощается по сравнению с формулой (3.12):

где р_г - парциональное давление сухого воздуха, МПа.

При астрономической рефракции, когда луч проходит всю толщу атмосферы, коэффициент преломления которой возрастает с приближением к поверхности Земли, траектория волны всегда обращена выпуклостью к зениту (положительная рефракция). Как и в случае радиоволн, явление рефракции приводит к ошибке в определении угла места.

Среднюю рефракционную ошибку δθ при давлении p₀ = 0,1 МПа и температуре t = 10°С вблизи поверхности Земли для зенитных углов θ_п < 70° можно вычислить по приближенной формуле

Для точного определения рефракционной ошибки в оптическом и ИК диапазонах служат Пулковские таблицы астрономической рефракции.

На рис. 9.4 приведена зависимость рефракционной ошибки для оптических волн от зенитного угла при давлении p₀ = 0,1 МПа и температуре t = 10°С вблизи поверхности Земли.

Рис. 9.4. Зависимость рефракционной ошибки в оптическом диапазоне волн от зенитного угла при р₀ = 0,1 МПа и t = 10°С

Рефракция увеличивает продолжительность дня на 8÷20 мин в средних широтах.

Благодаря перемещению воздуха наблюдается изменение угла рефракции и происходит мерцание звезд. Рефракция препятствует точному определению координат светил в астрономии.

Земная рефракция может быть как положительной, так и отрицательной. В условиях нормальной рефракции расстояние прямой видимости в оптическом и ИК диапазонах оказывается несколько меньше, чем в радиодиапазоне. Формула (3.32) принимает следующий вид:

Радиус кривизны траектории оптической волны составляет примерно 50000 км. В оптическом и ИК диапазонах явление сверхрефракции наблюдается реже, чем в радиодиапазоне. Со сверхрефракцией связано явление миража.