Перейти к содержанию

Подборка

Подборки хранятся в этом браузере без учётной записи. Для них нужен включённый JavaScript.

ВЕСЕННИЕ РАССВЕТЫ

АстрономияЗаключительныйКлассы неизвестны2015ТеоретическаяЕсть решение редакция rv_1de3e4d7a580e0b4 ID p_23f0bd19c15ec238

2 В таблице (на обороте) приведены измеренные моменты восхода верхнего края Солнца (среднее солнечное время) в течение 21 дня в марте в пункте с широтой +60° на уровне моря. Указаны значения температуры и атмосферного давления в этот момент. Для моментов восхода также даются значения склонения центра Солнца и уравнения времени. Исходя из этого, получите эмпирическое выражение для величины атмосферной рефракции у горизонта в зависимости от температуры и давления. Угловой радиус Солнца считать постоянным (16'05").

Для того, чтобы получить требуемую формулу, нужно получить значения атмосферной рефракции у горизонта хотя бы в некоторые дни при разных давлениях и температурах. В таблице приведены моменты восхода верхнего края Солнца над горизонтом. В это время истинная высота центра Солнца над горизонтом отрицательна и составляет

h = − r − ρ . h = -r - \rho.
УравнениеN1оментr
ДатаTPСклонение СолнцаСклонение Солнца временивосхода
°Cмм.рт.ст.0′"MСчMС
Март8-28749_050028+1055063652
9-21754_043706+1040063416
10-24747_041340+1025063110
11-27746_035012+1010062801
12-20741_032641+0954062529
13-20734_030307+0938062232
14-12730_023931+0921062001
15-6740-021554+0905061718
16-6748_015216+0848061413
17+1738_012836+0832061141
18-6731_010456+0815060819
19-5733_004116+0757060519
20-14739_001735+0739060143
21-10745+000604+0722055854
22-5746+002943+0704055609
23-10750+005321+0646055247
24-8760+011657+0628054948
25-5770+014031+0610054653
26-10766+020404+0552054334
27-18766+022733+0534054003
28-10766+025100+0515053729

Здесь ρ \rho — угловой радиус Солнца, а r — атмосферная рефракция у горизонта. Часовой угол Солнца τ \tau связан со средним солнечным временем t как

τ = t − ( 12 4 + η ) . \tau = t - (12^{4} + \eta).

Здесь η \eta — уравнение времени, приведенное в таблице. Используя эти два соотношения, можно вычислить истинную высоту центра Солнца в момент видимого восхода его верхнего края с помощью формул сферической тригонометрии. Однако, существует более простой путь. Используем тот факт, что наблюдения проводились вблизи весеннего равноденствия, восход Солнца происходил вблизи точки востока. Изобразим участок неба вблизи этой точки (рисунок снизу).

Если бы Солнце находилось точно на небесном экваторе и не имело угловых размеров, а на Земле не было атмосферы, то восход наблюдался бы в момент 6 4 + η 6^{4} + \eta . В реальности, верхняя точка солнечного диска с часовым углом − 6 4 -6^{4} (точка

Решение

Показать решение

Практический тур – 11 класс

B на рисунке) не совпадает с видимым горизонтом. Смещение времени момента восхода (отрезок AB по модулю), как видно из рисунка, составляет:

Δ t = − r + ρ cos φ − δ operatorname t g φ . \Delta t = -\frac{r+\rho}{\cos\varphi} - \delta \operatorname{tg}\varphi.

Если склонение Солнца меньше нуля, то величина Δ*t* может быть и положительной (восход Солнца происходит позже 6ч +η). Отсюда мы получаем приближенное выражение для рефракции:

r = − δ sin φ − Δ t cos φ − ρ Δ t = t p − ( 6 q + η ) . r = -\delta \sin \varphi - \Delta t \cos \varphi - \rho \qquad \Delta t = t_{\rm p} - (6^{\rm q} + \eta).

Здесь tB – измеренное время восхода верхнего края Солнца. В таблице (на следующей странице) для каждого из 21 дней приведены значения рефракции у горизонта r. Для сравнения даны истинные значения r0, полученные по формулам сферической тригонометрии (не требуется от участников). Мы видим, что указанная методика позволяет определить величину рефракции с точностью лучше 1′, а в интервале от 14 до 23 марта – с точностью лучше 0.1′.

Вообще говоря, для решения задачи нет необходимости вычислять значение рефракции для каждого из дней. Достаточно выделить характерные дни с равной температурой (давлением), чтобы определить зависимость рефракции от давления (температуры). При этом лучше выбирать дни ближе к равноденствию, когда точность вычисления величины r лучше.

Обратим внимание на восходы Солнца 15, 16 и 18 марта, когда температура была одинакова (–6°С), а давление существенно различалось. Можно убедиться, что для них рефракция оказывается в точности пропорциональной давлению:

ДаггаT, °CP , мм рт. ст.r, 'r 0 , '
Март8-2874949.5350.36
9-2175446.9447.57
10-2474748.0248.46
11-2774649.4349.72
12-2074146.1246.31
13-2073445.7645.88
14-1273042.1042.17
15-674040.0840.12
16-674840.5440.55
17+173836.9536.95
18-673139.6339.63
19-573339.3039.30
20-1473943.5643.56
21-1074542.1642.15
22-574640.0340.00
23-1075042.5142.43
24-876042.2342.10
25-577041.5041.29
26-1076643.6943.34
27-1876647.5046.97
28-1076644.0443.34
r ( T = − 6 ∘ C ) = r 760 P 760  MM pt.ct. ; r 760 ( T = − 6 ∘ C ) = 41.2 ′ . r(T = -6^{\circ} \text{C}) = r_{760} \frac{P}{760 \text{ MM pt.ct.}}; \quad r_{760}(T = -6^{\circ} \text{C}) = 41.2'.

20 марта температура опустилась до -14°C. Записывая аналогичную зависимость r(P) для этой температуры

r ( T = − 14 ∘ C ) = r 760 ( T = − 14 ∘ C ) P 760  MM pt.ct. r(T = -14^{\circ} \text{C}) = r_{760}(T = -14^{\circ} \text{C}) \frac{P}{760 \text{ MM pt.ct.}}

с учетом давления в это утро (739 мм рт. ст.), получаем значение

r 760 ( T = − 14 ∘  C ) = r ( P , T ) 760  MM pt.ct. P = 44.8 ′ . r_{760}(T = -14^{\circ} \text{ C}) = r(P, T) \frac{760 \text{ MM pt.ct.}}{P} = 44.8'.

Обратим внимание на высокие значения рефракции при минусовых температурах. Будем считать, что величина r 760 r_{760} линейно меняется с температурой (в реальности, это так только в узких интервалах температур):

r 760 = A + B ⋅ T ( ∘ C ) . r_{760} = A + B \cdot T(^{\circ}C).

Тогда, имея данные для температур T 1 T_1 и T 2 T_2 :

A = r 760 ( T 2 ) T 1 − r 760 ( T 1 ) T 2 T 1 − T 2 = 38.5 ′ ; A = \frac{r_{760}(T_2)T_1 - r_{760}(T_1)T_2}{T_1 - T_2} = 38.5';
B = r 760 ( T 1 ) − r 760 ( T 2 ) T 1 − T 2 = − 0.45 ′ / ∘ C . B = \frac{r_{760}(T_1) - r_{760}(T_2)}{T_1 - T_2} = -0.45' / {}^{\circ}\text{C}.

Полная формула для рефракции в зависимости от температуры и давления имеет вил:

r ( P , T ) = ( 38.5 ′ − 0.45 ′ T ( ∘ C ) ) P 760  MM pt.ct. r(P,T) = (38.5' - 0.45'T(^{\circ}C)) \frac{P}{760 \text{ MM pt.ct.}}