Освещенность Земли в сумерки

Как же осуществляется освещение земной поверхности во время сумерек? Обратимся к рис. 13.1. На рисунке SS'- поток солнечных лучей. Он освещает Землю и атмосферу. Заход Солнца происходит в точке касания лучами земной поверхности (Е). Касательная ЕВ является границей света и тени и называется терминатором. Часть атмосферы, лежащая выше терминатора, еще освещена прямыми солнечными лучами и участвует в рассеянии солнечного света. Она посылает рассеянный свет во все направления, в том числе и к наблюдателю в точку А. Часть атмосферы, расположенная ниже терминатора, оказалась в тени Земли и в рассеянии солнечного света уже не участвует. В точке Л, где находится наблюдатель, уже начались сумерки, Солнце погрузилось под горизонт на угол hʘ, численно равный центральному углу φ.

Рис. 13.1. Освещение земной поверхности в сумерки

Высоту нижней границы атмосферы, еще освещенной солнечными лучами и посылающей рассеянный свет во время сумерек, можно вычислить по простым формулам:

а) в направлении на зенит АВ =Н

(13.1)

б) в направлении на горизонт CD = h

(13.2)

где R - радиус земного шара (6370 км).

По мере погружения Солнца под горизонт терминатор поднимается выше и выше, и часть атмосферы, еще освещенная солнечными лучами, уменьшается, а потому и освещенность в точке А постепенно снижается, переходя в ночную темноту.

Приведем численные значения Н и h в конце разных видов сумерек:

Можно ли считать, что, когда закончились сумерки и наступила ночь, атмосфера уже не участвует в рассеянии солнечного света, а значит, и в освещении земной поверхности? Оказывается, нельзя!

Действительно, приведенные значения высот H и h говорят, что даже после окончания астрономических сумерек слои атмосферы выше 76 км в направлении на горизонт и выше 325 км - на зенит еще освещаются прямыми солнечными лучами и посылают рассеянный свет к земной поверхности.

Наблюдения за изменением яркости неба во время сумерек впервые были использованы для определения высоты самой атмосферы известным ученым средневековья Альгазеном. Резкое убывание яркости неба, по мысли Альгазена, должно было соответствовать границе атмосферы. Определив этот момент, Альгазен получил высоту атмосферы в 52000 шагов, что соответствует приблизительно высотам 26 - 31 км, т. е. границе нижней стратосферы. Для того времени такой результат следует считать хорошим, так как выше содержится не более 0,1% всей массы атмосферы.