Astronomická refrakce

Popis

Astronomická refrakce je jev ovlivňující pozorování vesmírných objektů při turistických toulkách přírodou. Přestože si jí někdy ani nepovšimnete nebo jste o ní ani nevěděli, způsobuje na obloze zajímavé úkazy. Než vyslovíme definici, pustíme se poměrně zeširoka do vysvětlování tohoto jevu. 

Podle prvního obrázku si připomeneme lom světla na rozhraní dvou prostředí o nestejné hustotě. Světelný paprsek se šíří prostředím I. o hustotě  ς₁ rychlostí c₁. Na rozhraní dvou prostředí dopadne pod úhlem α. Láme se ke kolmici a prostředím II. se šíří dále rychlostí c₂. Typickým příkladem je přechod světelného paprsku ze vzduchu do vody. Voda je prostředí, které má vyšší hustotu než vzduch, světelný paprsek se tedy láme ke kolmici. V našem zeměpisně-matematickém výkladu opačný případ, tedy lom ke kolmici, potřebovat nebudeme, a tak se jím v dalších úvahách nebudeme zabývat. 

Na dalším obrázku ukazujeme, že zemskou atmosféru si můžeme představit jako sled tenkých vodorovných vrstev, kde každá nižší vrstva má vyšší hustotu než vrstva nad ní. Na každém hustotním rozhraní se tedy paprsek přícházející na Zemi z vesmíru láme ke kolmici. Na obrázku je takto zakreslen paprsek přicházející na Zemi z vesmíru "vlevo". Jenže hustota atmosféry směrem dolů nevzrůstá skokem, ale spojitě. Pak se dráha světelného paprsku jeví jako spojitá. Tento jev se nazývá astronomická refrakce. Spojitost dráhy vidíte na obrázku, kde paprsek přichází na Zemi z vesmíru "zprava". Stále jsme ještě ale hlavní pojem nedefinovali. 

A nyní, třetí, nejdůležitější obrázek, na kterém pochopíme, co to refrakce je. 

Pozorovatel stojí na Zemi na místě P. Nad sebou má nadhlavník, zenit Z (nadhlavník=zenit je teoretický bod na nebeské sféře). Z vesmíru k pozorovateli putuje paprsek, např. z hvězdy H, která má výšku nad horizontem h. Díky průchodu atmosférou se dráha paprsku zakřiví a pozorovatel vidí hvězdu výše, než v její skutečné poloze. Vidí ji více vyzdviženou nad horizontem v poloze H´ a s výškou nad horizontem h´. Přesně řečeno, pozorovatel vidí hvězdu ve směru tečny k paprsku v místě dopadu do svého oka. Úhel HPH´ se nazývá refrakční úhel R nebo zkráceně refrakce. 

Refrakční zakřivení paprsku je tím větší, čím je větší úhel dopadu paprsku. Při pozorování hvězd v zenitu refrakce neexistuje (R=0). Paprsek přicházející k Zemi ze zenitu v atmosféře směr nemění. Při horizontu je refrakce největší (R=35´). Každopádně platí, že refrakce zvyšuje výšku h tělesa nad horizontem a naopak snižuje zenitovou vzdálenost z. 

Zdá se vám 35 úhlových minut pro pozorování těles těsně při horizontu málo? Proč se o tak malém číslu bavíme?

Sluneční kotouč nebo měsíční kotouč mají při východu nebo při západu úhlový průměr asi 35´. Takže si nyní představme, že Slunce ještě nevychází, je pod obzorem, ale blíží se k horizontu. My začneme Slunce vidět již v okamžiku, kdy je jeho skutečná výška -0°35´, tedy je ještě pod horizontem. Refrakce sluneční kotouč "vyzdvihne" a my ho vidíme dřív. Refrakce tedy urychluje okamžik východu Slunce a oddaluje okamžik západu Slunce, stejné je to i s Měsícem a dalšími vesmírnými tělesy. V našich zeměpisných šířkách tím máme den delší o 8 až 10 minut, v polárních krajích je díky refrakci delší den ještě znatelněji, protože tam Slunce zapadá a vychází pod malým úhlem, tedy "pomaleji". 

Někdy se při západu Slunce (nebo při jeho východu) pozorně podívejte na tvar slunečního kotouče. Zdá se vám zploštělý? Ano, to je důsledek refrakce. Spodní okraj měsíčního nebo slunečního kotouče totiž podléhá refrakci víc než horní okraj. Refrakce tedy spodní okraj víc vyzdvihne a tím kotouč nabyde zploštělý tvar. Viz náš "úlovek" na pixabay.com a fotka od paní Jitky Hroboňové, které přebíráme do fotogalerie. Velikost zploštění závisí také na vertikálním rozdílu teploty a momentální přízemní hustotě vzduchu. 

V krajinách blízko pólu, v jiných zeměpisných šířkách jen výjimečně, lze pozorovat, že při západu Slunce má jeho poslední paprsek zelenou barvu. Je to také důsledek refrakce. Vysvětlujeme to na obrázku. Skutečné Slunce je již pod obzorem. Refrakce vyzdvihne do různé výšky různé části slunečního spektra. Červenou barvu vyzdvihne nejméně, "červené" Slunce tedy zapadne nejdřív. Fialová barva je vyzdvižena nejvíce. Mezitím zapadne za obzor "zelené", pak "modré" a nakonec "fialové" Slunce. Protože nejintenzivnější je žluto-zelený paprsek, má poslední sluneční paprsek zelenou nebo až modrou barvu. Fialovou lidské oko nezaznamená, není na ni citlivé. Pokud budete při turistických toulkách ve vysokých zeměpisných šířkách, zkuste pozorovat západ Slunce a třeba se vám podaří zelený paprsek spatřit. 

Ale refrakce má na celé zeměkouli jeden velmi příjemný vliv na turistiku. Díky ní se zvětšuje velikost přehlédnutého obzoru. Předměty, které jsou díky kulatosti Země již za obzorem, refrakce poněkud "zdvihne" a vidíme je. Při vzdálenosti cíle 1 km činí refrakce pouhou 1´´ (úhlovou vteřinu), ale při dohlednosti 17 km je to již 17´´ a při vzdálenosti cíle 20 km již 42´´. 

Podle: 

Brázdil, R., Mucha, L, Okáč, Z. (1981): Matematická geografie, SPN Praha a Univerzita J. E. Purkyně v Brně, s. 169