Общий вид. Слепящий свет препятствует наблюдениям Солнца невооруженным глазом. Но при заходе или восходе, когда солнечный диск касается горизонта, наблюдения можно вести без труда. В этих случаях атмосфера играет роль защитного фильтра. Однако, ослабляя свет, этот фильтр искажает цвет светила (делая его красным) и деформирует диск (сплющивая его в вертикальном направлении). Сплющивание объясняется тем, что из-за преломления света в атмосфере, плотность которой убывает с высотой, любой луч представляет собой кривую, вогнутостью своей обращенную вниз (рис. 20). Следствием этого является увеличение угловой высоты светила над горизонтом, тем более значительное, чем ближе светило к горизонту.
Солнечный диск можно представить в виде совокупности светящихся точек. Нижняя точка истинного солнечного диска благодаря рефракции (т.е. преломлению света) приподнимается сильнее, чем верхняя. Поэтому солнечный диск деформируется (рис. 21)
Как видно из рисунка, вследствие атмосферной рефракции у горизонта солнечный диск приподнимается больше, чем на величину своего углового диметра равного 32'. Это явление существенно влияет на продолжительность дня. В момент начала или конца дня верхний край солнечного диска касается снизу горизонта (рис. 22). Здесь имеется в виду тот диск, который видит наблюдатель. При этом центр истинного солнечного диска находится под горизонтом на глубине 35'+16'=51', где 35' и 16' соответственно угол рефракции на горизонте и угловой радиус Солнца. В результате, продолжительность дня увеличивается по сравнению с тем, что ожидалось бы при нулевом угловом диаметре и отсутствии атмосферной рефракции.
В марте и сентябре день увеличивается приблизительно на величину
где f - географическая широта пункта (см. Гл.VII). Например, на экваторе и в Пскове величина Dt в марте и сентябре соответственно равна 6,8M и 12,8M. Таким образом, утверждение, что на экваторе всегда день равен ночи - неточное.
Для ослабления блеска Солнца применяют темный светофильтр. Им может служить кусок стекла, закопченного на пламени свечи, защитное стекло, применяемое при электросварке, или кусочек засвеченной, но непроявленной фотопленки. Солнечный диск наблюдается как круг с очень четким, резким краем. Тот полупрозрачный слой солнечной атмосферы, из которого исходит наблюдаемый свет (фотосфера), имеет полутолщину всего 300 км, тогда как радиус Солнца равен 696000 км. Поэтому спад яркости на самом краю диска происходит в колечке, ширина которого меньше 1". Между тем, разрешающая способность человеческого зрения составляет около 1'.
Защитный светофильтр окажется незаменимым при наблюдении солнечных затмений. Ниже рассматриваются некоторые обстоятельства, связанные с затмениями.
Если бы плоскости орбит Луны вокруг Земли и Земли вокруг Солнца совпадали, то затмения происходили бы при каждом новолунии - в тропической зоне и вблизи нее. На самом деле угол между этими плоскостями составляет 5,1° и для затмения необходимо, чтобы новолуние случилось в момент, когда Луна располагается вблизи линии пересечения упомянутых плоскостей (вблизи линии узлов). В течение года такие условия выполняются от двух до пяти раз. Столько же раз затмения и происходят, причем они бывают частными (при прохождении по солнечному диску Луна не закрывает его полностью и не оказывается внутри него), полными (в течение нескольких минут или долей минуты лунный диск полностью перекрывает солнечный) и кольцеобразными (лунный диск целиком находится внутри солнечного, но не закрывает его полностью), рис.23.
В каком-нибудь определенном пункте солнечные затмения наблюдаются гораздо реже, чем на всей Земле. Например, в данном пункте полное затмение случается один раз в 200 - 400 лет, так как диаметр лунной тени на поверхности Земли не превосходит 270 км. Частные затмения происходят гораздо чаще, но во многих случаях, большинство людей их не замечает. Дело в том, что смотреть на Солнце незащищенным глазом трудно и опасно. Но даже, если на краткое время взглянуть на него, то можно и не заметить (будучи ослепленным) надвигающегося диска Луны, если фаза затмения (максимальная доля солнечного диаметра, закрытая Луной) не больше 0,4 - 0,5. Продолжительность затмения Dt определяется как интервал между первым и последним касанием Солнца диском Луны. Максимальную фазу затмения можно рассчитать по приближенной формуле:
Здесь величина Dt, выраженная в часах, не больше 2,1.
Среди лунных затмений, которые могут происходить при полнолуниях, различают полные и частные, теневые и полутеневые затмения. При теневом затмении Луна видна лишь благодаря солнечному свету, преломленному в земной атмосфере, рис.24.
Лучи, проходящие у самой поверхности Земли, преломляются так сильно, что Луны не достигают. Чем больше минимальное расстояние солнечных лучей от поверхности Земли, тем слабее они преломляются (во все более разреженных слоях атмосферы) и тем дальше отстоит от центра Земли точка, в которой они концентрируются. Но при разных затмениях Луна находится на разных расстояниях от Земли (из-за вытянутости лунной орбиты). Это - одна из причин, почему окраска диска Луны меняется от затмения к затмению. Цвет этого диска зависит от того, как сильно рассеивается и ослабляется коротковолновая составляющая солнечного света на разных высотах.
Нередко солнечные и лунные затмения служат поводом для распространения суеверий среди людей, не изучавших астрономию. В настоящее время такие суеверия пытаются оживить астрологи. Полезно знать, что “кровавый” цвет Луны вовсе не является предвестником каких-то бедствий. Он имеет то же объяснение, что и красный цвет заходящего или восходящего Солнца. В момент лунного теневого затмения лунный наблюдатель как раз и видит Солнце у земного горизонта, причём искаженное рефракцией изображение светила предстает в виде тончайшего ярко-красного кольца, опоясывающего диск Земли, повернутой к наблюдателю своей ночной стороной.