Efekt Novaya Zemlya

Efekt Novaya Zemlya to szczególny miraż regionów polarnych. Nazwa pochodzi od imienia rosyjskiego ( Новая Земля ) Novaya Zemlya , gdzie po raz pierwszy zaobserwowano go w 1596 roku podczas eksploracji wraku Willema Barentsza .

Ten miraż charakteryzuje się tym, że słońce może pozostać widoczne po zachodzie słońca znacznie poniżej efektywnej linii horyzontu . Zjawisko to wynika ze szczególnego profilu współczynnika załamania światła atmosferycznego: atmosfera w tym przypadku działa jak falowód . Część światła emitowanego przez słońce porusza się po nietypowej ścieżce i może dotrzeć do ciemnej strony Ziemi (gdzie jest następnie obserwowana).

Efekt falowodu działający na lekko nachylone promienie padające, efekt Novaya Zemlya jest szczególnie widoczny na dużych szerokościach geograficznych.

Odkrycie zjawiska

Pierwsze świadectwo

Pierwsze udokumentowane obserwacje efektu Novaya Zemlya pochodzą z 1596 roku , kiedy to Willem Barentsz po raz trzeci poprowadził wyprawę na Biegun Północny w celu odnalezienia Przejścia Północno-Wschodniego . Wyprawa została przerwana na archipelagu Novaya Zemlya , na 76 ° 12 'szerokości geograficznej północnej, kiedy łódź stopniowo została uwięziona w lodzie; musieli tam pozostać przez całą zimę. Plik24 stycznia 1597, Gerrit de Veer obserwowano wzrost słonecznym dwa tygodnie przed jego normalnym terminie (Sunrise SUN w -5.26 ° według ostatnich oszacowań). Trzy dni później De Veer i część załogi ponownie zobaczyli słońce ( według ostatnich szacunków słońce miało wartość -4,41 ° ). Kiedy dzieło de Veera zostało przepisane na język angielski, zauważono, że oprócz niedoszacowania dat dnia (pierwsze pojawienie się słońca 23, a następnie 25), słońce musiało znajdować się między -4,42 ° a - 4,26 °, co odpowiadało anomalii refrakcji atmosferycznej wynoszącej -3,49 ° .

Obserwacje te zostały później zakwestionowane przez współczesnych de Veera, zwłaszcza Robberta Robbertsza, wielkiego nawigatora tamtych czasów, który przeprowadził wywiad z de Veerem i Hermskerckiem, kapitanem, który również widział to zjawisko, trzydzieści lat po tych przesłuchaniach, wysłał list, w którym twierdzi, że de Veer miał popełnił błąd w liczeniu dni. Tylko Johannes Kepler wierzył w słowa de Veera i szukał wyjaśnienia tego zjawiska. Pewnego materiału wyjaśniającego dostarczył w 1604 roku w swojej książce Ad Vitellionem Paralipomena, quibus Astronomiae pars optica traditur , porównując atmosferę ze szklaną płytą, na której promienie rozchodzą się od jednego końca do drugiego przez odbicie: promienie słoneczne wpadłyby Atmosfera i uwięziona przez odbicie w eterze mogła dotrzeć do ekspedycji setki kilometrów dalej.

Oprócz nieistnienia substancji eterycznej, to nie odbicia zachodzące w atmosferze sprawiają, że wyjaśnienie Keplera jest w najlepszym przypadku obrazowe; W ten sposób Baills argumentował w 1875 r., Że zjawisko to musi być całkowitym odbiciem, jak w przypadku kropli wody w tęczy , a następnie promienie są uwięzione między zimną ziemią a warstwą atmosfery ogrzewaną przez słońce.

Kolejne obserwacje

Późniejsze obserwacje tego zjawiska nie zostały potwierdzone dopiero po wyprawie Ernesta Shackletona na Antarktydzie ( 1914 do 1917 ), gdzie obserwowany wschodu słońca na8 maja 1915zaledwie siedem dni po zaśnięciu i nadejściu polarnej zimy , tj. kiedy słońce znajdowało się na rzeczywistej wysokości −2,37 ° , a następnie wschodziło na26 lipcatego samego roku (rzeczywista wysokość słońca -2 ° ).

Kilku naukowców próbowało wymodelować to zjawisko i zrozumieć jego działanie, w szczególności Alfred Wegener, który zbudował warstwowy model atmosfery z całkowitymi odbiciami , Josef Pernter i Franz-Serafin Exner przeanalizowali zjawisko refrakcji atmosferycznej za pomocą modeli Wegenera, nie posuwając się nawet do wyjaśnij efekt Novaya Zemlya.

Gösta Hjalmar Liljequist  (en) , szwedzki meteorolog, zastosował model Wegenera do jakościowego wyjaśnienia zjawiska, po zaobserwowaniu go wLipiec 1951, podczas gdy na stacji Maudheim na Antarktydzie . Słońce znajdowało się -4,2 ° poniżej horyzontu i zgodnie z odczytami Liljequista inwersja temperatury osiągnęła 25  ° C na 1 kilometr.

SW Visser był pierwszym, któremu udało się wyjaśnić to zjawisko, a także bardzo duży zasięg załamania światła.

Zjawisko

Warunki obserwacji

Efekt Novaya Zemlya występuje, gdy warstwa inwersyjna i termoklina współistnieją ze współczynnikiem załamania światła dostatecznie silnym, aby docierające do niej promienie światła odbijały się z powrotem na Ziemię, a także temperatura na poziomie gruntu, która jest na tyle słaba, że ​​promienie są również całkowicie odbijał się z powrotem do atmosfery. Następnie promienie świetlne podążają „zygzakiem”. Teren odpowiedni dla tego zjawiska jest idealnie płaski, pozbawiony pasm górskich lub wysokich lasów, które mogą przechwytywać promienie docierające do ziemi, więc powierzchnia morza, kry lodowa czy zamarznięta i niekontrolowana ziemia są miejscami, w których możemy obserwować zjawisko .

Oprócz tych warunków temperatura, wskaźnik i ciśnienie muszą pozostać dość jednorodne w całym falowodzie utworzonym przez warstwę inwersyjną i termoklinę. Dla temperatury wystarczy minimum 6  ° C amplitudy dla warstwy inwersyjnej z gradientem −0,2 ° C m-1.

Rozprzestrzenianie się promieniowania

Tylko niewielka ilość promieni dociera do „przewodu” utworzonego przez warstwę inwersyjną i termoklinę. Promienie te, nachylone o ± θ 0, przenikają do wnętrza falowodu, a część rozchodzi się do oka obserwatora kilkaset kilometrów od początku falowodu. Promienie światła rozchodzą się okresowo, ale nie zgodnie z sinusoidą , wzdłuż „przewodu” z okresem i fazą charakterystyczną dla kąta wejścia promienia świetlnego. Najdłuższy okres będą miały promienie wchodzące przy θ 0 = 0 ° (okres przestrzenny wzdłuż osi „kanału”). Odchodząc od zerowego kąta wejścia, okres promienia świetlnego maleje, a jego amplituda rośnie (amplituda wzdłuż osi wysokości). Dwa promienie o identycznym kącie, ale o różnych znakach, mają zasadniczo podobny okres, ale są przesunięte o przesunięcie fazowe.

W zależności od wzrostu obserwatora okienko obserwacyjne jest większe lub mniejsze, znajduje się maksymalnie w połowie wysokości „kanału”.

Długość utworzonego falowodu również determinuje wielkość zjawiska, im dłuższy, tym niżej rzeczywiste słońce znajdzie się poniżej horyzontu. Długość warstwy inwersyjnej i termokliny może czasami być bardzo duża, w kilku przypadkach 200  km wymienionych, w szczególności podczas obserwacji Fridtjofa Nansena , Ernesta Shackletona i Gösty Liljequista. Obliczenia przeprowadzone przez Lehna w 2003 roku pozwalają również stwierdzić, że falowód atmosferyczny, który umożliwił obserwacjom Gerrita de Veera, miał długość około 200  km .

Załamanie atmosferyczne

Zasada działania falowodu utworzonego przez połączenie termokliny i warstwy inwersyjnej może mieć inne skutki niż pojawienie się Słońca przed jego wschodem, więc inne miraże mają miejsce nie na słońcu, ale na odległych krainach za horyzontem. W szkiery widzący przez Gunnbjörn późnym IX XX  wieku, gdyż przeszedł na północny zachód od Islandii mogłaby zatem być zniekształcone widzenie przez miraż polarnego wybrzeży Grenlandii . Gunnbjörn poinformował, że widział te szkiery, nie tracąc z oczu islandzkich gór. Brak wysepek w danym miejscu i częstotliwość polarnych mirażów sprawia, że ​​nad morzem miał miejsce efekt falowodu, dzięki czemu Gunnbjörn mógł obserwować zdeformowane wybrzeża Grenlandii.

Uwagi i odniesienia

  1. G. de Veer 1598 , str.  34v
  2. W. H. Lehn i in. 2003
  3. G. de Veer 1598 , s.  35r
  4. W. H. Lehn 1979
  5. G. de Veer 1876 , str.  145
  6. W. H. Lehn 2000

Bibliografia

Dokument użyty do napisania artykułu : dokument używany jako źródło tego artykułu.

Spostrzeżenia Gerrita de Veera

Powiązane artykuły