Задание №19 — ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Данная задача основана на явлении атмосферной рефракции — преломлении световых лучей при прохождении через слои атмосферы Земли.

1. Физическое явление: Атмосфера Земли не является однородной. По мере приближения к поверхности планеты плотность воздуха увеличивается из-за действия силы тяжести и давления вышележащих слоёв. Следовательно, оптическая плотность (показатель преломления $n$) воздуха также плавно возрастает от верхних слоёв атмосферы к нижним.

2. Ход лучей: Когда световой луч от далёкой звезды входит в атмосферу под углом, отличным от прямого, он переходит из менее плотной среды (космический вакуум, где $n = 1$) в более плотную среду (воздух, где $n > 1$). Согласно закону преломления света, при переходе в оптически более плотную среду луч отклоняется к перпендикуляру, восстановленному к границе раздела сред в точке падения. Поскольку плотность атмосферы меняется непрерывно, луч света в ней движется не по прямой, а по кривой линии, изгибаясь в сторону поверхности Земли.

3. Восприятие наблюдателем: Глаз человека и оптические приборы воспринимают направление на объект по прямой линии, которая является касательной к траектории светового луча в точке входа в глаз (точка $A$). Из-за изгиба луча эта касательная всегда проходит выше истинного положения светила над горизонтом.

4. Анализ рисунка: На схеме положение $S_{1}$ находится выше над горизонтом (ближе к зениту), чем положение $S_{2}$. Исходя из механизма рефракции, видимое положение звезды всегда кажется выше её реального расположения.

Вывод:
— Положение $S_{2}$ является истинным положением звезды.
— Положение $S_{1}$ является видимым положением звезды.

Ответ: $S_{1}$ — видимое положение, $S_{2}$ — истинное положение. Это объясняется атмосферной рефракцией: свет, проходя через слои атмосферы с возрастающей плотностью, преломляется, из-за чего наблюдатель видит звезду выше её реального положения.

Источник: ФИПИ