Obserwując wschód lub zachód Słońca bądź Księżyca obserwujemy zwykle, że ich kształt mocno odbiega od koła. Wyjaśniamy dziś dlaczego tak się dzieje.

Letni zachód Słońca w Norfolk w Wielkiej Brytanii. Refrakcja atmosferyczna powoduje, że Słońce zdaje się być owalne. Jego dolna część jest bardziej żółta niż górna, gdyż światło od niej musiało przebyć w atmosferze znacznie dłuższą drogę i większa część jego krótkofalowej składowej ulegla rozproszeniu. Autorem zdjęcia jest Les Cowley.

Światło słoneczne przechodzi przez tworzący ziemską atmosferę gaz o różnej gęstości. Działa on niczym soczewka zakrzywiając bieg promieni słonecznych. Dzięki temu widzimy tarczę Słońca na większej wysokości niż w rzeczywistości się ona znajduje. Światło od dolnego jej skraju przebywa w atmosferze znacznie dłuższą drogę niż to, które biegnie od skraju górnego. W związku z tym dolny brzeg tarczy “podnosi się” do góry bardziej niż górny. Właśnie to jest źródłem spłaszczenia. Prezentuje to poniższy rysunek.

Promienie biegnące od zachodzącego Słońca (na dole) uginane są w ziemskiej atmosferze i dlatego Gwiazda Dzienna zdaje się znajdować wyżej niż jest w rzeczywistości. Dolny brzeg “podnoszony” jest bardziej niż górny. Prowadzi to do pozornego spłaszczenia tarczy.

We wszystkich obserwacjach astronomicznych należy więc uwzględniać ten efekt, zwany refrakcją atmosferyczną. Szczególnie wtedy, jeśli obserwowane obiekty znajdują się nisko nad horyzontem. Refrakcja na horyzoncie jest tak duża, że podnosi obserwowany obiekt o około 35 minut kątowych. Gdy dolny brzeg tarczy słonecznej zdaje się dotykać horyzontu, tak naprawdę cała tarcza gwiazdy jest już pod horyzontem, a jedynie działanie powietrza podnosi ją nieco.

Spłaszczenie zachodzących ciał niebieskich wynosi około 20 procent. Zmienia się jednak w zależności od warunków pogodowych i wysokości nad poziomem morza. Szczególnie łatwo ją zobaczyć w przypadku nietypowych zmian gradientu temperatury powietrza z wysokością.

Spłaszczenie jest szczególnie wyraźnie widoczne, gdy ogląda się je z pokładu samolotu lub statku kosmicznego. Poniższe zdjęcia spłaszczonego Księżyca wykonano na stacji kosmicznej Skylab.

Zdjęcie spłaszczonego wschodzącego Księżyca wykonane przez załogę stacji kosmicznej Skylab. Zniekształcenie jest tak duże, że w początkowej fazie wschodu jedynie zarys szczegółów na powierzchni Srebrnego Globu podpowiada co widać na tej fotografii. Światło wschodzącego Księżyca obserwowanego z Kosmosu przebywa w ziemskiej atmosferze dwa razy dłuższą drogę niż to, które dociera do nas w czasie wschodu oglądanego z powierzchni Ziemi. Dlatego “kosmiczne” spłaszczenie jest znacznie większe niż “ziemskie”. Warto obserwować wschód lub zachód Słońca w czasie podróży samolotem – spłaszczenie bywa wtedy równie wielkie.

Kolejna faza wschodu Księżyca obserwowanego przez załogę stacji kosmicznej Skylab. Księżyc jest już trochę bardziej okrągły.

Ostatnia faza wschodu Księżyca obserwowanego przez załogę stacji kosmicznej Skylab. Księżyc jest już zupełnie okrągły.

Refrakcja atmosferyczna jest również odpowiedzialna za czerwoną barwę Księżyca w czasie jego zaćmień. Część promieniowania słonecznego ugina się w ziemskiej atmosferze i dociera do powierzchni naszego naturalnego satelity, nadając mu tę charakterystyczną barwę.

Zaćmiony Księżyc 9 stycznia 2001 roku

Zdjęcie przedstawia Księżyc podczas całkowitego zaćmienia 9 stycznia 2001 roku. Autorem jest Peter Paice. Fotografię wykonano przy użyciu aparatu Olympus 0M2N z obiektywem 400mm i konwerterem x2. Czas ekspozycji to 40 sekund. Zdjęcie zostało cyfrowo zeskanowane i przetworzone w programie PhotoStudio2.     Publikacja za zgodą autora.

Autor

Michał Matraszek