Киевский клуб любителей астрономии "Астрополис"

astromagazin.net
* *
Добро пожаловать, Гость. Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.
18 Декабря 2017, 07:13:55


Автор Тема: Рефракция и дисперсия.  (Прочитано 3275 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

tlgleonid

  • Клуб Астрополис, Модератор
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 6618
  • Благодарностей: 404
Рефракция и дисперсия.
« : 17 Февраля 2016, 16:06:54 »
. - .

   Мы живем на дне воздушного океана. Этот океан дает нам жизнь, сглаживает колебания температуры, но при этом может мешать заниматься астрономическими наблюдениями. Не зря любители астрономии обеспокоены наличием облаков, сильными токами воздуха или взвесями пылинок в атмосфере, ведь они могут сделать наблюдения невозможными или достаточно проблемными. Атмосфера вносит свои дополнительные особенности даже при идеальных условиях. Одной из таких особенностей атмосферы является атмосферная рефракция. Большинство любителей о ней слышало, но мало кто задумывается о ее влиянии на наблюдения. Еще меньше любителей знакомо с понятием атмосферной дисперсии.
   Так что же это за явления и почему мы упомянули о двух разных явлениях в одном абзаце? Посмотрим в технический справочник. Из него мы узнаем, что атмосферной рефракцией называют отклонение световых лучей от прямой линии при прохождении ими атмосферы из-за изменения плотности воздуха с высотой. Атмосферной дисперсией называют размытие изображения звезды или планеты при прохождении луча света через земную атмосферу. В возникновении обеих явлений виновата атмосфера, вернее ее оптические свойства.
   Состоит наша атмосфера из воздуха, но воздух - среда хоть и прозрачная, но имеет свой коэффициент преломления. Луч света, падающий под углом на эту среду, немного меняет свое направление. Поскольку чем ближе к земной поверхности, тем выше плотность воздуха, луч постепенно искривляется, в результате нам кажется, что звезда находится выше, чем она есть.
Записан
Задокументировано наблюдение  >1500 Deepsky объектов.
ТАЛ75R, GSO 6" 1:4 +HEQ5Pro SynScan+Canon1000D+QHY6+фильтры R,V+Юпитер21М+QHY5, 265мм и 415 мм Добсоны HandMade+o3+hb+uhc+...
FAQ по любительской астрономии
Сказали спасибо

tlgleonid

  • Клуб Астрополис, Модератор
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 6618
  • Благодарностей: 404
Re: Рефракция и дисперсия.
« Ответ #1 : 17 Февраля 2016, 16:07:15 »
. - .

   Естественно, что на приведенной иллюстрации подъем преувеличен. Все таки у воздуха коэффициент преломления довольно мал и в реальности искажение положения звезд невелико. Насколько именно, зависит от реальной высоты звезды и метеорологических условий. В результате экспериментов Аллен показал, что в среднем объект у самого горизонта приподнимается рефракцией на 35.4 угловые минуты. Это немногим больше, чем диаметр Солнца или Луны. Но поскольку истинное положение Солнца или Луны отличается от видимого, момент захода Солнца для нас происходит на несколько минут позже, а момент восхода раньше, чем следовало бы из геометрических расчетов. Поскольку свет около горизонта проходит под очень косым углом к атмосфере с ее неоднородностями, то величина отклонения может меняться на десятки процентов. По этой причине в календарях момент захода Солнца указывают с точностью не выше минуты.
Записан
Задокументировано наблюдение  >1500 Deepsky объектов.
ТАЛ75R, GSO 6" 1:4 +HEQ5Pro SynScan+Canon1000D+QHY6+фильтры R,V+Юпитер21М+QHY5, 265мм и 415 мм Добсоны HandMade+o3+hb+uhc+...
FAQ по любительской астрономии

tlgleonid

  • Клуб Астрополис, Модератор
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 6618
  • Благодарностей: 404
Re: Рефракция и дисперсия.
« Ответ #2 : 17 Февраля 2016, 16:07:36 »
. - .

   В зените рефракция полностью отсутствует. А вот для получения ее значения для промежуточных значений между зенитом и горизонтом неплохо было бы вооружиться формулой расчета. Из простых геометрических соображений можно вывести формулу r=A*tg(z), где величина А зависит от многих факторов и в литературе встречаются ее значения от 58.2" до 60.2", r - отклонение видимого положения небесного тела от истинного, z - зенитное угловое расстояние небесного тела, равное углу между направлением на это тело и на зенит.
Записан
Задокументировано наблюдение  >1500 Deepsky объектов.
ТАЛ75R, GSO 6" 1:4 +HEQ5Pro SynScan+Canon1000D+QHY6+фильтры R,V+Юпитер21М+QHY5, 265мм и 415 мм Добсоны HandMade+o3+hb+uhc+...
FAQ по любительской астрономии

tlgleonid

  • Клуб Астрополис, Модератор
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 6618
  • Благодарностей: 404
Re: Рефракция и дисперсия.
« Ответ #3 : 17 Февраля 2016, 16:08:01 »
. - .

   К сожалению, при зенитных углах более 70 градусов эта формула уже неверная и используется более точная формула Лапласа r=60.27"*tg(z)-0.0699"*tg(z)^3, но при зенитных углах более 80 градусов неточной становится и она. Для получения строгого расчета необходимо производить численное интегрирование, что может быть неудобно на практике. Для практических же расчетов применяют эмпирические формулы, например формулу Баннета r=ctg(h+7.31/(h+4.4)), где h - высота светила в градусах над уровнем горизонта. Эта удивительная формула работает на любых значениях от 0 до 90 градусов и дает ошибку по сравнению с точными теоретическими значениями из работ Ауэра и Стендиша всего до 4", причем на зенитных расстояниях до 60 градусов ошибка составляет не более угловой секунды. В 1986 году Смардсон вывел еще более точную эмпирическую формулу r=1.02*ctg(h+10.3/(h+5.11)).
   Все указанные формулы справедливы для атмосферного давления в 101 кПа и температуре в 10 градусов Цельсия. Если же давление отличается от нормального, то полученное значение нужно умножать на величину 283*P/(1010*(273+Т)), где Р - атмосферное давление, Т - температура. Таким образом при изменении давления на 0.9кПа (7.6мм ртутного столба) или изменении температуры на 3 градуса рефракция изменяется на 1% (при росте температуры и снижении давления рефракция уменьшается, а при снижении температуры и росте давления рефракция растет).
   Казалось бы, величина рефракции небольшая. Ну как может повлиять на наблюдения изменение положения звезды на 1-2 угловые минуты? Действительно, если наблюдать в телескоп на монтировке Добсона визуально, рефракцию мы скорее всего не заметим. Но сложность и точность любительской техники растет и даже такие небольшие отклонения уже начинают сказываться.
   С неприятными последствиями рефракции могут столкнуться астрофотографы. Если монтировка высокоточная, то при снижении высоты снимаемой области над горизонтом рефракция начнет влиять на процесс и на длительных выдержках звезды начнут вытягиваться в штрихи. Гидирование также не является панацеей. Если между снимаемым объектом и звездой, по которой осуществляется гидирование имеется заметный угол, разница во влиянии рефракции на объект и на звезду при длительных выдержках начнет сказываться. При этом, чем ниже объект над горизонтом и чем больше выдержка, тем этот эффект заметен. Особенно он может помешать при съемке невысоко расположенных объектов, снимаемых с достаточно длительными выдержками через узкополосные фильтры.
   Влияет рефракция и на автовыравнивание по нескольким точкам у монтировок с GoTо, если звезды для выравнивания находятся на высоте ниже 45 градусов над горизонтом. В алгоритмах выравнивания рефракция обычно не учитывается (да и как ее учтешь) и для звезд с высотой даже в 45 градусов ошибка позиционирования составит порядка угловой минуты. Поэтому, приходится мириться, что точность наведения не может быть лучше этой самой угловой минуты.
   Сказывается рефракция и при установке полярной оси, особенно если звезда находится низко над горизонтом. Поэтому, нужно для установки полярной оси независимо от метода выбирать звезды повыше, хотя бы на высоте не ниже 20 градусов над горизонтом (но лучше все-таки повыше). 
   Рассматривая явление рефракции мы не учитывали, что лучи разных длин волн преломляются земной атмосферой немного по разному. Чем короче длина волны, тем сильнее она преломляется атмосферой и величина рефракции для синих лучей будет больше. Это значит, что точечная звезда на самом деле будет не белой, чуть приподнятой над реальным положением точкой, а небольшим спектриком, в котором красный цвет окажется внизу, а синий - вверху.
   Насколько велик этот эффект? Посмотрим на таблицу, в которой приведено расхождение лучей с разностью длин волн 5 нм для разных длин волн и зенитного расстояния.
Записан
Задокументировано наблюдение  >1500 Deepsky объектов.
ТАЛ75R, GSO 6" 1:4 +HEQ5Pro SynScan+Canon1000D+QHY6+фильтры R,V+Юпитер21М+QHY5, 265мм и 415 мм Добсоны HandMade+o3+hb+uhc+...
FAQ по любительской астрономии

tlgleonid

  • Клуб Астрополис, Модератор
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 6618
  • Благодарностей: 404
Re: Рефракция и дисперсия.
« Ответ #4 : 17 Февраля 2016, 16:08:25 »
. - .

   Приведенные величины достаточно малы, но для всего видимого диапазона они окажутся уже весьма существенными. Так для зенитного расстояния в 30 градусов дисперсия для всего видимого диапазона длин волн составит 0.3", для 60 градусов уже 0.9" а для высоты 10 градусов над горизонтом почти 3 угловые секунды. Таким образом для звезд, находящихся на высоте ниже 25 градусов над горизонтом атмосферная дисперсия становится заметной в любительские телескопы. Соответственно, наблюдать тонкие детали на поверхностях планет становится сложно.
   К счастью, есть методы борьбы с атмосферной дисперсией и хотя их эффективность и не составляет 100%, но в той или иной степени они могут помочь. Как видно из таблицы, меньше всего подвержены дисперсии красные лучи. К тому же на красные лучи меньше влияет атмосфера, соответственно, применяя красный фильтр, можно проще увидеть детали на планетах, в особенности те, которые выделяются красным фильтром. Благодаря этому, можно наблюдать Марс достаточно низко над горизонтом. Владельцы черно-белых камер, чувствительных к инфракрасному излучению, могут использовать инфракрасный фильтр и получать еще более четкие изображения планет.
   Также можно заметить, что если цветной фильтр достаточно плотный, то величина атмосферной дисперсии будет достаточно мала и можно также выделять те или иные детали у планет, находящихся невысоко над горизонтом. К сожалению, такая рекомендация может быть полезна владельцам телескопов от 200-250мм, когда при увеличениях в 150-250х плотные цветные фильтры могут применяться. Меньшие телескопы при таких увеличениях соберут мало света и изображения планет окажутся чрезмерно темными.
   Использование разных фильтров полезно при съемке планет цветной камерой или черно-белой камерой с колесом фильтров. Цветное изображение уже состоит из трех изображений и для учета дисперсии необходимо провести сдвижку изображений в разных каналах для их совмещения после независимой обработки в каждом канале. Изображения, полученные на черно-белую камеру с разными фильтрами обрабатывается отдельно и потом уже складываются со смещением.
   Можно также попытаться создать корректор, вносящий дисперсию, но с противоположным по отношению к атмосферной дисперсии знаком. В качестве такого корректора может выступать призма, у которой грани немного не параллельны. Если сужение призмы будет ориентировано вниз, то она сможет скорректировать дисперсию для небольшого диапазона зенитных углов. Что бы не создавать целый набор таких призм для разных высот небесных объектов над горизонтом, производители используют две призмы, которые могут вращаться вокруг своей оси. Когда призмы ориентированы таким образом, что бы их стороны были параллельны, то коррекция атмосферной дисперсии отсутствует, а когда одна из пластин повернута на 180 градусов, коррекция дисперсия максимальна. При промежуточных углах поворота можно получать промежуточные величины коррекции. Естественно, что поворачивать необходимо одновременно обе призмы, что бы коррекция производилась в вертикальной плоскости. В дорогих корректорах есть единственный регулятор, который поворачивает сразу обе призмы. В более дешевом варианте пользователь сам поворачивает обе призмы (имеется два регулятора).
Записан
Задокументировано наблюдение  >1500 Deepsky объектов.
ТАЛ75R, GSO 6" 1:4 +HEQ5Pro SynScan+Canon1000D+QHY6+фильтры R,V+Юпитер21М+QHY5, 265мм и 415 мм Добсоны HandMade+o3+hb+uhc+...
FAQ по любительской астрономии

tlgleonid

  • Клуб Астрополис, Модератор
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 6618
  • Благодарностей: 404
Re: Рефракция и дисперсия.
« Ответ #5 : 17 Февраля 2016, 16:08:45 »
. - .

   Крупные профессиональные телескопы, особенно те, которые используются для обзора или поиска комет на фоне зари, также имеют дополнительные оптические компенсаторы дисперсии. Только достигается она не введением призм, а изменением наклона линзовых элементов.
   Не стоит думать, что дисперсия всегда вредна. Иногда она приводит к удивительно красивым явлениям. C одним из них можно познакомится в спокойный вечер, когда Солнце заходит за ровный горизонт, например на море. Из-за того, что в этом случае солнечные лучи испытывают влияние атмосферной дисперсии, в тот момент, когда видимое положение Солнца в  желто-красной части спектра уже оказывается под горизонтом, а синие лучи очень сильно рассеиваются атмосферой, можно на несколько секунд увидеть вспышку зеленого света. Это явление носит название "Зеленый луч".
   Еще с одним интересным эффектом можно столкнуться при наблюдении двойных звезд. В случае, когда тесная двойная звезда состоит из двух компонент, имеющих резкое отличие в цвете (например голубой гигант и красный карлик), атмосферная дисперсия может повлиять на видимое положение компонентов. В случае, когда голубой компонент оказывается выше красного, атмосферная дисперсия немного увеличивает угловое расстояние между компонентами. Если же голубой компонент ниже красного, то видимое угловое расстояние между компонентами наоборот, уменьшится. Для тесных двойных такое влияние может оказаться весьма существенным.
   Но даже в тех случаях, когда рефракция или дисперсия приводят к неприятным для наблюдателя явлениям, не стоит расстраиваться. Ведь наблюдения искаженного рефракцией и размазанного дисперсией диска планеты позволяет нам познакомиться с описанными интересными оптическими атмосферными явлениями, а значит лучше понимать окружающий нас мир.
« Последнее редактирование: 18 Февраля 2016, 13:19:31 от tlgleonid »
Записан
Задокументировано наблюдение  >1500 Deepsky объектов.
ТАЛ75R, GSO 6" 1:4 +HEQ5Pro SynScan+Canon1000D+QHY6+фильтры R,V+Юпитер21М+QHY5, 265мм и 415 мм Добсоны HandMade+o3+hb+uhc+...
FAQ по любительской астрономии
Сказали спасибо

LifeIsGood

  • Клуб Астрополис, Модератор
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 4955
  • Благодарностей: 261
Re: Рефракция и дисперсия.
« Ответ #6 : 17 Февраля 2016, 16:13:14 »
. - .

Леня - ходячая энциклопедия!  :up:

   Иногда она приводит к удивительно красивым явлениям. C одним из них можно познакомится в спокойный вечер, когда Солнце заходит за ровный горизонт, например на море. Из-за того, что в этом случае солнечные лучи испытывают влияние атмосферной дисперсии, в тот момент, когда видимое положение Солнца в  желто-красной части спектра уже оказывается под горизонтом, а синие лучи очень сильно рассеиваются атмосферой, можно на несколько секунд увидеть вспышку зеленого света. Это явление носит название "Зеленый луч".

Зеленый луч мне как-то удалось заснять на Тенерифе

Его видно на 2:50
« Последнее редактирование: 17 Февраля 2016, 16:18:39 от LifeIsGood »
Записан
Сказали спасибо

Саша Наумов

  • Клуб Астрополис
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 900
  • Благодарностей: 256
  • Астроманьяк - початківець
Re: Рефракция и дисперсия.
« Ответ #7 : 17 Февраля 2016, 20:03:31 »
. - .

Здесь есть обзор корректора атмосферной дисперсии.
Записан
Agema 150SD

Explore Scientific ED127 CF APO + FTF3035 + 100° + 82° + Celestron AVX, AstroTech AT-72ED, SBIG ST-8E NABG + CFW-8 + IBM T43

LifeIsGood

  • Клуб Астрополис, Модератор
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 4955
  • Благодарностей: 261
Re: Рефракция и дисперсия.
« Ответ #8 : 17 Февраля 2016, 23:56:56 »
. - .

3300 Евро???
Лучше добавить еще 5 см аппертуры
Записан

Саша Наумов

  • Клуб Астрополис
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 900
  • Благодарностей: 256
  • Астроманьяк - початківець
Re: Рефракция и дисперсия.
« Ответ #9 : 18 Февраля 2016, 02:10:35 »
. - .

Записан
Agema 150SD

Explore Scientific ED127 CF APO + FTF3035 + 100° + 82° + Celestron AVX, AstroTech AT-72ED, SBIG ST-8E NABG + CFW-8 + IBM T43

tlgleonid

  • Клуб Астрополис, Модератор
  • Оффлайн Оффлайн
  • Сообщений: 6618
  • Благодарностей: 404
Re: Рефракция и дисперсия.
« Ответ #10 : 18 Февраля 2016, 13:23:11 »
. - .

ИМХО, самый дешевый корректор атмосферной дисперсии у ZWO и стоит что-то около 128$.
Записан
Задокументировано наблюдение  >1500 Deepsky объектов.
ТАЛ75R, GSO 6" 1:4 +HEQ5Pro SynScan+Canon1000D+QHY6+фильтры R,V+Юпитер21М+QHY5, 265мм и 415 мм Добсоны HandMade+o3+hb+uhc+...
FAQ по любительской астрономии