Глава 22

Оптика атмосферы*

Многообразные оптические явления, наблюдаемые в атмосфере, возникают в результате взаимодействия электромагнитных волн светового диапазона (0,39—0,76 мкм) с земной атмосферой. При этом во взаимодействии со световыми лучами участвует все вещест­во атмосферы. Это молекулы и атомы газов, составляющих воздух на разных высотах, и разнообразные по происхождению, составу, размерам, форме взвешенные в атмосфере жидкие или твердые час­тицы — аэрозоли. Несмотря на то что диапазон длин волн световых лучей чрезвычайно узок (длина волны изменяется всего в 2 раза), только световые лучи порождают то удивительное богатство форм предметов, их цветовых тонов, оттенков, уровней яркости, которые мы наблюдаем в окружающей нас природе, и разнообразие световых явлений, возникающих в атмосфере. И все это световое и цветовое богатство природы мы воспринимаем благодаря необычайной чувст­вительности нашего глаза к малейшим изменениям цвета (длины волны) или уровня яркости попадающих в глаз световых лучей.

На световоспринимающей оболочке глаза человека (сетчатке) имеются два типа мельчайших светочувствительных элементов: колбочки (их около 7 млн.) и палочки (их около 130 млн.). Колбоч­ки расположены в центре сетчатки; они способны различать цвета, и работают при достаточном уровне освещения — днем. Поэтому дневное зрение называют центральным и хроматическим. Палочки располагаются в основном по периферии сетчатки и не позволяют различать цвета. Они способны реагировать на слабые световые по­токи и работают в основном ночью. Ночное зрение называют, поэто­му периферическим и ахроматическим. В сумерки происходит пере­ключение с одного зрительного аппарата на другой.

Для количественной характеристики световых потоков приме­няются световые величины, по физическому смыслу близкие, но все же отличающиеся от введенных в главах 6—8 энергетических ха­рактеристик радиационных потоков. Так, световой поток по содер­жанию аналогичен радиационному потоку лучистой энергии. Одна­ко если последний характеризует излучение и перенос радиации бе­зотносительно к производимым ею действиям, то световой поток определяется только той частью потока радиации, которая вызыва­ет световые ощущения, точнее сказать, оказывает на приемник све­та (в частности, на глаз человека) действие с известной относитель­ной спектральной световой эффективностью излучения V(λ).

Световой поток Ф_с связан со спектральной плотностью потока F_λ следующим соотношением:

где Кт ≈ 683 лм/Вт — максимальное значение V(λ), называемое све­товым эквивалентом мощности и наблюдаемое при λ = 0,555 мкм. Единица светового потока — люмен (лм).

Под яркостью в данном направлении понимают световой поток, испускаемый единичной поверхностью, перпендикулярной этому направлению, в единичный телесный угол. Единица яркости — лм/(м²·ср).

Силой света J источника называется поток излучения, испуска­емый источником в единицу времени в единичный телесный угол и оцениваемый по зрительному восприятию. Единицей силы света яв­ляется кандела (кд).

Освещенностью Е поверхности называется полный световой по­ток, падающий на единицу площади поверхности. Единица осве­щенности — люкс (1 лк = 1 лм/м²).