Рефракція світла в атмосфері [позднелат. refractio — заломлення, від латів.(латинський) refractus — заломлений (refringo — ламаю, заломлюю)], атмосферно-оптичне явище, що викликається заломленням світлових променів в атмосфері і що виявляється в зсуві видалених об'єктів, що здається, а інколи і в зміні їх форми, що здається. Деякі приватні прояви Р., як, наприклад, сплюснута форма дисків Сонця і Луни в горизонту, мерехтіння зірок, тремтіння далеких земних предметів в жаркий день, були відмічені вже в давнину. До. Птолемею (2 ст н.е.(наша ера)) був відомий також і основний ефект Р., що полягає в тому, що небесні світила видно декілька вище їх дійсного положень. Першу таблицю Р. склав Тихо Бразі в 16 в.; спроби побудувати теорію Р. робилися І. Кеплером (1604), але лише І. Ньютон в 1694 розробив строгу теорію Р.
Унаслідок того, що атмосфера є середовищем оптично неоднорідною, промені світла поширюються в ній не прямолінійно, а по деякій кривій лінії. Спостерігач бачить, т. о., об'єкти не у напрямі їх дійсного положення, а уподовж дотичною до траєкторії світивши в точці спостереження. Розрізняють астрономічний Р. — явище заломлення променів, що йдуть від небесного світила до спостерігача, і геодезичний (земну) Р. — явище заломлення променів, що йдуть від предметів, що знаходяться в атмосфері (див. Рефракція геодезична).
В разі астрономічної рефракції, коли промінь, що йде від світила, проходить через всю товщу атмосфери, в якій щільність повітря, а разом з нею і показник заломлення загалом збільшується на дорозі світивши, його траєкторія завжди обернена опуклістю до зеніту (см. мал.(малюнок) ); дотична AS'' до неї проходіт вище за напрям AS до дійсного місця світила. Різниця між достеменним z і зміненим рефракцією z’ зенітними відстанями називається кутом рефракції r, або просто рефракцією. Р. дорівнює нулю в зеніті і зростає із збільшенням зенітної відстані. Проста теорія, в якій не враховується кривизна шарів атмосфери рівної щільності, приводить до формули:
,
де коефіцієнт 60,2’’ називається постійною Р.; В — атмосферний тиск (у мм ртутного стовпа), t — температура повітря (°С). Формулою можна користуватися для світил з z < 70°. При точних розрахунках беруть до уваги вплив на величину Р. не лише температури, тиску, але і вологості повітря, а також інших метеорологічних елементів нижнього шару повітря, для чого служать спеціальні таблиці.
Точні теорії Р., що враховують сферичність Землі і атмосферних шарів, приводять до значень Р. в горизонту, що перевищують 35’ (див. таблиці.).
Астрономічна рефракція при температурі повітря + 10°С і атмосферному тиску 760 мм. рт. див.(дивися)
Зенітна відстань, z
Рефракція, r
Зенітне відстань, z
Рефракція, r
0°
10
20
30
35
40
45
50
55
60
62
64
66
68
70
0’ 0“
0 10
0 21
0 34
0 41
0 49
0 58
1 09
1 23
1 41
1 49
1 59
2 10
2 23
2 38
72°
74
76
78
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
2’ 57“
3 20
3 49
4 27
5 18
5 52
6 33
7 24
8 28
9 52
11 45
14 22
18 18
24 37
35 24
В самого горизонту Р. r зростає із збільшенням z настільки швидко, що нижній край дисків Сонця і Луни буває підведений на декілька хвилин дуги більше, ніж верхній, і диск набуває сплюснутої форми. Унаслідок Р. всяке світило, у тому числі Сонце, з'являється над горизонтом ще до дійсного сходу і залишається видимим деякий час після дійсного заходу. Швидкі турбулентні переміщення мас повітря різної щільності породжують безперервні коливання величини Р., унаслідок чого зображення зірок в телескопах тремтять або перетворюються на розмиту вируючу світлову пляму; для неозброєного ока це сприймається як мерехтіння зірок. Це сильно утрудняє спостереження небесних світил і заставляє вибирати для астрономічних обсерваторій пункти з відповідними атмосферними умовами.
Унаслідок відмінності Р. для променів з різною довжиною хвилі, особливо великого поблизу горизонту, в диска висхідного або такого, що заходить Сонця може спостерігатися кольорова облямівка (зверху синьо-зелена знизу червона), а також явище зеленого променя; зірки ж розтягуються у вертикальний спектр до 40” завдовжки. Для відносно близьких небесних тіл (Луни, штучних супутників Землі) величина кута Р. відрізняється від обчисленого для зірок, що знаходяться на тій же зенітній відстані; цей ефект називається паралаксом рефракції.
Явище Р. ускладнюється нахилом шарів повітря однакової щільності до горизонту, що викликає бічний Р., при якому об'єкт зміщується не лише по висоті, але і по азимуту, хоча і трохи. Знання Р. має важливе значення в астрометрії, так как положения небесних світил, визначувані з астрономічних спостережень, завжди бувають спотворені заломленням в атмосфері, що вимагає введення відповідних поправок.
З ін. астрономічних явищ, пов'язаних з Р., представляє інтерес освітлення диска Луни червонуватим світлом під час повних місячних затемнень. Таке освітлення створюється сонячними променями, проходящимі нижні шари повітря наскрізь і що внаслідок цього випробовують подвійний Р., що дає кут відхилення до 70’ і забезпечує освітлення всього перетину конуса земної тіні на відстані Місяці. Р. в атмосферах інших планет спостерігаються при покриттях зірок диском планети; зірка при цьому здається декілька зміщеною. Ефектна форма Р. спостерігається в атмосфері планети Венери при проходженнях її перед сонячним диском, коли заломлені сонячні промені утворюють вогненний обідок довкола частини диска планети, що знаходиться поза Сонцем. Це явище вперше описане М. В. Ломоносовим в 1761.
Р. випробовують також і радіохвилі при проходженні через шари атмосфери з різною діелектричною проникністю або з різною мірою іонізації. Р. радіохвиль в іоносфері є причиною поширення коротких хвиль на великі відстані (див. Радіоастрономія ).
Літ.: Козаків С. А., Курс сферичної астрономії, 2 видавництва, М. — Л., 1940; Блажко С. Н., Курс сферичної астрономії, М. — Л., 1948; Загребін Д. Ст, Введення в астрометрію, М. — Л., 1966.
