Номер 7.87, страница 157 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Колебания и волны. Глава 7. Геометрическая оптика. Преломление света. Полное внутреннее отражение - номер 7.87, страница 157.

Условие.

7.87. Как изменилось бы видимое расположение звёзд на небе, если бы вдруг исчезла земная атмосфера?

Решение.

Видимое расположение звёзд на небе определяется траекторией световых лучей, идущих от них к наблюдателю. Земная атмосфера представляет собой оптически неоднородную среду: её плотность и, следовательно, показатель преломления уменьшаются с высотой. Когда свет от звезды входит в атмосферу из космоса (среды с показателем преломления, близким к 1), он преломляется.

Поскольку плотность атмосферы плавно нарастает по мере приближения к поверхности Земли, световой луч не просто преломляется на одной границе, а постоянно искривляется, загибаясь в сторону более плотных слоёв, то есть к поверхности Земли. Это явление называется атмосферной рефракцией. Из-за этого искривления наблюдатель на Земле видит звезду в направлении, которое является касательной к траектории луча в точке наблюдения. В результате видимое положение звезды на небе всегда оказывается выше её истинного геометрического положения.

Величина этого смещения (угол рефракции) зависит от высоты звезды над горизонтом. Для звезды в зените (прямо над головой) лучи света падают почти перпендикулярно слоям атмосферы, и рефракция практически равна нулю. Чем ближе звезда к горизонту, тем больше путь света в атмосфере и тем больше угол падения, что приводит к увеличению эффекта рефракции. У самого горизонта это смещение достигает максимального значения — около 35 угловых минут, что немного больше видимого диаметра Солнца или Луны.

Если бы атмосфера вдруг исчезла, то свет от звёзд распространялся бы по прямым линиям. Атмосферная рефракция бы отсутствовала. В этом случае мы бы видели звёзды в их истинных положениях. Это означает, что видимое положение всех звёзд (кроме той, что в зените) сместилось бы вниз, к горизонту. Звёзды, находящиеся у горизонта, опустились бы наиболее сильно. Звёзды, расположенные выше, сместились бы на меньший угол. В результате видимые угловые расстояния между звёздами изменились бы, а привычные очертания созвездий слегка исказились бы, как бы "растянувшись" от зенита к горизонту.

Ответ:

Если бы земная атмосфера исчезла, то из-за прекращения атмосферной рефракции видимое положение звёзд сместилось бы вниз, к их истинному положению. Смещение было бы максимальным для звёзд, находящихся у горизонта, и нулевым для звезды в зените. В результате небесная сфера казалась бы "растянутой" от зенита к горизонту.