Pembiasan Atmosfera: Apabila Udara Membengkokkan Cahaya

Atmosfera tidak seragam. Suhu, tekanan dan ketumpatan udara berubah dengan ketinggian dan keadaan cuaca. Apabila indeks biasan berubah sepanjang laluan cahaya, sinar boleh melengkung secara beransur-ansur.

Pembiasan paling ketara berhampiran ufuk

Cahaya daripada objek langit berhampiran ufuk melalui lapisan atmosfera yang lebih panjang berbanding cahaya dari arah tinggi di langit. Dalam keadaan biasa, kesan bersih pembiasan menyebabkan Matahari, bintang dan planet berhampiran ufuk kelihatan sedikit lebih tinggi daripada kedudukan geometrinya.

Pembiasan piawai di ufuk ialah kira-kira 34 minit lengkok (kira-kira 0.57°), hampir sama dengan diameter sudut Matahari yang kira-kira 32 minit lengkok. Akibatnya, apabila Matahari kelihatan baru menyentuh ufuk, kedudukan geometrinya sudah hampir sepenuhnya di bawah ufuk. Nilai ini berubah mengikut suhu, tekanan dan kecerunan udara, dan ia berkurang dengan cepat apabila ketinggian objek bertambah, kepada kira-kira 1 minit lengkok pada ketinggian 45°. Masa terbit dan terbenam yang diumumkan biasanya dikira dengan pembetulan pembiasan piawai, jadi keadaan atmosfera sebenar boleh mengubah masa itu sedikit.

Kecerunan suhu mengawal bentuk laluan cahaya

Udara panas dan udara sejuk mempunyai ketumpatan berbeza. Apabila lapisan suhu berubah dengan cepat mengikut ketinggian, perubahan indeks biasan juga menjadi lebih kuat. Keadaan ini boleh membengkokkan cahaya ke arah berbeza bergantung pada susunan lapisan udara.

Fatamorgana terhasil daripada pembiasan yang kuat

Di atas permukaan yang sangat panas, lapisan udara dekat tanah boleh mempunyai indeks biasan yang berbeza ketara daripada udara di atasnya. Cahaya daripada objek jauh boleh melengkung melalui lapisan ini dan menghasilkan imej tampak yang teranjak atau terbalik. Apabila susunan suhu udara berubah, laluan cahaya juga boleh berubah dan menghasilkan bentuk fatamorgana yang berlainan, termasuk imej yang kelihatan terangkat atau terbalik.

Pembiasan dan penyerakan ialah proses berbeza

Pembiasan mengubah arah laluan cahaya apabila sifat optik medium berubah. Penyerakan pula mengalihkan cahaya ke pelbagai arah akibat interaksi dengan molekul atau zarah. Kedua-dua proses berlaku dalam atmosfera, tetapi tidak boleh digunakan secara bertukar ganti.

Atmosfera sebenar sentiasa berubah

Model pembiasan biasanya menggunakan profil atmosfera yang ideal atau ukuran setempat. Turbulens, kelembapan dan perubahan suhu yang cepat boleh mengubah hasil sebenar. Oleh itu pembetulan pembiasan menjadi lebih sukar dan kurang pasti apabila garis pandang sangat hampir dengan ufuk.

Sejarah ringkas

Ptolemy mengkaji pembiasan cahaya dalam karya optiknya. Berabad-abad kemudian, Tycho Brahe menggunakan jadual pembetulan pembiasan atmosfera untuk memperbaiki ukuran kedudukan bintang.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?