Организация и проведение актинометрических наблюдений во время солнечного затмения (стр. 1 из 3)
РЕФЕРАТ НА ТЕМУ
ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ АКТИНОМЕТРИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ ВО ВРЕМЯ СОЛНЕЧНОГО ЗАТМЕНИЯ
Подготовил:
Юрий Москаленко
Задачей актинометрических наблюдений, проводимых во время солнечного затмения, является изучение тех изменений радиационного режима атмосферы и земной поверхности, которые вызываются затмением. Являясь следствием изменения притока солнечной радиации к верхней границе атмосферы, изменение радиационных условий само служит причиной возникновения многих явлений и изменений физического состояния атмосферы, также наблюдаемых во время затмения. Этим фактом вполне определяется геофизическое значение актинометрических наблюдений.
Для того чтобы наблюдения во время затмения могли дать наиболее ценные результаты, к проведению их нужно тщательно и заблаговременно подготовиться. Прежде всего, в зависимости от имеющихся возможностей, должна быть точно установлена программа наблюдений.
Полная программа актинометрических наблюдений во время затмения включает измерения всех основных элементов радиационного режима: прямой солнечной радиации, рассеянной радиации, длинноволновой радиации атмосферы, уходящей от земной поверхности радиации и радиационного баланса. Минимальная программа состоит из измерений интенсивности прямой солнечной радиации.
Предназначенные для наблюдений приборы должны быть приведены в порядок, испытаны и проградуированы. Для обеспечения наибольшей точности наблюдений желательно, чтобы все приборы были сверены с контрольными незадолго до времени затмения и вторично - после затмения. Во всяком случае, необходимо провести такую проверку для приборов, градуируемых на месте по методу Солнце - тень, т.е. для пиранометров, эффективных пиранометров и балансомеров.
Точно так же должны быть проверены по радио часы, с которыми будут производиться наблюдения. Отсчёты времени, как и вообще при геофизических наблюдениях, должны иметь точность не менее 1/2 мин.
Непрерывные отсчёты по актинометрическим приборам должны начинаться за 15 минут до начала затмения и заканчиваться через 15 минут после его окончания. В течение часа до начала непрерывных отсчётов и после их окончания следует производить измерения с промежутками в 10-15 минут с целью получения кривой хода радиации, невозмущённого затмением.
Прямая солнечная радиация может измеряться новыми термоэлектрическими актинометрами системы Янишевского или пластинчатыми биметаллическими актинометрами системы Михельсона или Михельсона - Калитина, имевшими широкое распространение в СССР до 1950 г. Эти приборы наиболее удобны в обращении и дают наиболее надёжные и точные результаты. Однако за неимением таких актинометров не следует пренебрегать приборами более старых конструкций, если с их помощью можно произвести хотя бы относительные измерения интенсивности радиации. Для любительских и школьных наблюдений можно использовать даже "актинометр" наиболее простой конструкции, состоящий из пары одинаковых термометров, у одного из которых вычернен резервуар.
Ценность измерений прямой солнечной радиации значительно возрастает, если измеряется не только общая интенсивность радиации, но и получаются некоторые данные о её спектральном составе. Такие данные наиболее просто могут быть получены путём проведения измерений со светофильтрами, пропускающими радиацию только в определённом диапазоне длин волн. Применяемые светофильтры должны иметь резкую границу пропускания и их спектральная характеристика должна быть известна. Этому условию удовлетворяют стандартные фильтры Шотта марок OG1 и RG2, пропускающие лучи с длинами волн, большими соответственно 525 и 625 mμ. Такими фильтрами было снабжено значительное число актинометров Михельсона и Михельсона - Калитина, выпускавшихся у нас в период 1930-1940 гг. Наблюдения, произведённые поочерёдно с этими фильтрами и без фильтров, дают возможность измерить интенсивность радиации в трёх участках спектра: от 290 до 525 mμ (разность интенсивностей радиации, измеренных без фильтра и с фильтром OG1), от 525 до 625 mj* (разность интенсивностей, измеренных с фильтрами OG1 и RG2) и от 625 до 2000 mμ (интенсивность радиации, пропускаемой фильтром RG2).
При обработке наблюдений со светофильтрами в измеренную величину радиации, пропущенной фильтром, необходимо ввести поправку на отражение некоторой части падающей радиации стеклянными поверхностями фильтра, а также на неполное пропускание радиации в области пропускания. Для определения этой поправки необходимо знать не только марку фильтра, но и его толщину с точностью до 0,1 мм. Большая часть актинометров, снабжённых фильтрами, имеет фильтры OG1 толщиной 1,6 мм и фильтры RG2 толщиной 2,1 мм. Для таких фильтров величину поправочного множителя (на который нужно умножать измеренную с фильтром величину интенсивности) можно принять равной 1,16 для жёлтого фильтра OG1 и 1,19 для красного фильтра RG2.
Кроме фильтров Шотта, при измерениях могут быть применены светофильтры марок ЖС и КС, выпускавшиеся Изюмским заводом оптического стекла.
Наконец, наблюдения можно производить и с обычными фотографическими светофильтрами, которые также изготовляются из оптического стекла, большей частью марок ЖС (жёлтые) и ОС (оранжевые). Такие светофильтры до или после проведения наблюдения должны быть исследованы для установления их спектральных характеристик и определения поправок на отражение и неполное пропускание радиации.
Если для наблюдений используется биметаллический актинометр, то при непрерывных измерениях радиации отсчёты с закрытой и открытой крышкой чередуются через каждые 30 секунд. При наблюдениях с фильтрами смена фильтров должна производиться вслед за каждым отсчётом при открытой крышке. Если наблюдения производятся с двумя фильтрами, то при таком порядке отсчётов значения интенсивности радиации для каждой измеряемой области спектра будут получаться с промежутками в 3 минуты. Такая частота отсчётов вполне достаточна для уверенного построения непрерывной кривой изменения интенсивности радиации во время затмения.
На измерениях радиации пластинчатым актинометром во время затмения будет занят один наблюдатель, который будет полностью загружен этой работой и уже не сможет принять участие в других наблюдениях.
В качестве примера формы записи наблюдений приводится следующая выписка из записной книжки наблюдателя (в книжку внесены также результаты первичной обработки полученных данных):
Дата: 9 июля 1945 г.
Место наблюдения: Карадаг, Судакского района, Крымской обл.
Широта: 44°54´. Долгота: 35° 12'.
Прибор: Актинометр Михельсона № 50509.
Цена деления шкалы актинометра: 0,03 кал/см2 мин.
Значения радиации вычислены здесь с учётом поправок на отражение и неполное пропускание.
При наблюдениях с актинометром без фильтров запись соответственно упрощается.
Наблюдения с термоэлектрическими актинометрами могут производиться и записываться совершенно так же, как было указано выше, если измеряется только одна прямая радиация. Но в том случае, когда одновременно наблюдаются и другие элементы радиационного режима, порядок работы существенно изменяется. Вызывается это изменение тем, что для всех термоэлектрических приёмников радиации измерение силы тока обычно производится одним и тем же гальванометром, к которому поочерёдно присоединяются приёмники, используемые для
измерений. В этом случае один из наблюдателей должен производить и записывать только отсчёты по гальванометру, все же необходимые манипуляции с приёмниками, переключения и дополнительные наблюдения должны выполняться другими наблюдателями. При этом отсчёты для одного и того же измеряемого элемента желательно разделять промежутками не более 3 минут, так как при более редких отсчётах будет затруднено построение кривых, выражающих ход соответствующих элементов радиационного режима.В качестве примера наблюдений прямой солнечной радиации на рис.43 представлены графически результаты измерений, произведённых в Карадаге во время частного затмения Солнца 9 июля 1945 г. Так как наблюдения производились с фильтрами RG2 и ОG1 то отсчёты без фильтров отделены друг от друга промежутками в 3 минуты. Условия наблюдения были не вполне благоприятны, так как небо в стороне Солнца было покрыто тонкими перистыми облаками, которые во время затмения несколько раз находили на Солнце и понижали (хотя и не очень значительно) интенсивность радиации. Наряду с понижениями на кривой хода радиации можно видеть и небольшие аномальные повышения интенсивности (в промежутке 17 ч.30 м. - 17 ч.40 м), вызванные появлением в поле зрения актинометра ярких облаков, не закрывавших солнечного диска, но проходивших поблизости от него.
Отдельные точки на графике соответствуют результатам измерений. Сплошная кривая интерполирована по этим данным и представляет ход интенсивности радиации, каким он должен был бы получиться при отсутствии облаков. Пунктирная кривая представляет нормальный дневной ход радиации, который наблюдался бы без затмения. График наглядно показывает, что влияние затмения на интенсивность радиации может быть установлено со вполне удовлетворительной точностью, несмотря на искажения, внесённые влиянием облачности.
Аналогичные графики могут быть построены для участков спектра 290-525 mμ, 525-625 mμ и 625 - 2000 mμ.