Кіріспе
Астрономияда ауа массасы – Жер атмосферасының астынан жұлдыз немесе басқа аспан денесін бақылағанда көріс жолындағы ауа мөлшерінің өлшемі. Ол жарық сәулесі бойымен ауа тығыздығының интегралы арқылы есептеледі. Жарық атмосфераға енген кезде шашырау және сіңіру арқылы әлсірейді; жарық өткен атмосфера қалың болған сайын әлсіреу де артады. Сондықтан, көкжиекке жақын орналасқан аспан денелері зенитке жақын орналасқандарға қарағанда әлсіз жарық береді. Бұл әлсіреу, атмосфералық жойылу деп аталады, және Beer-Lambert заңымен санмен сипатталады. "Ауа массасы" әдетте салыстырмалы ауа массасын білдіреді, яғни көкжиектегі бұрыштық инциденциядағы абсолютті ауа массасының (жоғарыда анықталғандай) зениттегіге қатынасын. Демек, анықтама бойынша, зениттегі салыстырмалы ауа массасы 1-ге тең. Ауа массасы, аспан денесі мен зенит арасындағы бұрыш ұлғайған сайын артады, көкжиекте шамамен 38-ге жетеді. Ауа массасы теңіз деңгейінен жоғарырақ биіктікте бірден кем болуы мүмкін; алайда, ауа массасының көптеген формулалары бақылаушының биіктігін ескермейді, сондықтан түзетулер көбінесе басқа тәсілдермен жасалуы керек. Ауа массасының кестелерін көптеген авторлар жариялаған, оның ішінде , , және .
In astronomy, air mass or airmass is a measure of the amount of air along the line of sight when observing a star or other celestial source from below Earth's atmosphere It is formulated as the integral of air density along the light ray. As it penetrates the atmosphere, light is attenuated by scattering and absorption; the thicker atmosphere through which it passes, the greater the attenuation. Consequently, celestial bodies when nearer the horizon appear less bright than when nearer the zenith. This attenuation, known as atmospheric extinction, is described quantitatively by the Beer–Lambert law. "Air mass" normally indicates relative air mass, the ratio of absolute air masses (as defined above) at oblique incidence relative to that at zenith. So, by definition, the relative air mass at the zenith is 1. Air mass increases as the angle between the source and the zenith increases, reaching a value of approximately 38 at the horizon. Air mass can be less than one at an elevation greater than sea level; however, most closed form expressions for air mass do not include the effects of the observer's elevation, so adjustment must usually be accomplished by other means. Tables of air mass have been published by numerous authors, including , , and .
Өмірбаян
Аспан денесінің зенитке қатысты бұрышы – зенит бұрышы (астрономияда көбінесе зенит қашықтығы деп аталады). Дененің бұрыштық орны геометриялық көкжиектен жоғары бұрыш – биіктік арқылы да беріледі; биіктік пен зенит бұрышы атмосфералық рефракциямен байланысты, ол атмосфераға кіретін жарықтың геометриялық жолдан сәл ұзақ, шамамен дөңгелек жолмен өтуіне себеп болады. Ауа массасы осы ұзақ жолды ескеруі тиіс. Сонымен қатар, рефракция аспан денесінің көкжиектен жоғары көрінуіне әкеледі; көкжиекте нақты зенит бұрышы мен көрінетін зенит бұрышы арасындағы айырмашалық шамамен 34 доғалық минутты құрайды. Көптеген ауа массасы формулалары көрінетін зенит бұрышына негізделген, бірақ кейбіреулері нақты зенит бұрышына негізделген, сондықтан дұрыс мәнді пайдалануды қамтамасыз ету маңызды, әсіресе көкжиекке жақын жерлерде.
Atmospheric refraction causes light entering the atmosphere to follow an approximately circular path that is slightly longer than the geometric path. Air mass must take into account the longer path Additionally, refraction causes a celestial body to appear higher above the horizon than it actually is; at the horizon, the difference between the true zenith angle and the apparent zenith angle is approximately 34 minutes of arc. Most air mass formulas are based on the apparent zenith angle, but some are based on the true zenith angle, so it is important to ensure that the correct value is used, especially near the horizon.
Ұзындығы ұзындығы
Зенит бұрышы кіші немесе орташа болғанда, біртекті жазық-параллель атмосфераны (яғни, тығыздығы тұрақты және Жердің қисықтығы ескерілмейтін) қарастыру арқылы жақсы жуықтауға қол жеткізіледі. Онда ауа массасы зенит бұрышының секантына тең болады:
Зенит бұрышы 60° болғанда ауа массасы шамамен 2-ге жуық. Алайда, Жер жазық болмағандықтан, бұл формула дәлдік талаптарына қарай 60°-тан 75°-қа дейінгі зенит бұрыштары үшін ғана қолданылады. Зенит бұрышы ұлғайған сайын дәлдік жылдам төмендейді және көкжиекте шексіздікке жетеді; нақтырақ сфералық атмосферада көкжиектегі ауа массасы әдетте 40-тан аспайды.
Атмосфералық модельдер
Интерполяциялық формулалар ауа массасының кестелік мәндеріне ең аз есептеу күші жұмсалып, жақсы сәйкестік беруге бағытталған. Дегенмен, кестелік мәндер өлшемдер немесе Жер мен оның атмосферасының геометриялық және физикалық ерекшеліктеріне негізделген атмосфералық модельдер арқылы анықталуы керек.
Қаттылығы өзгермелі атмосфера
Нақты атмосферада тығыздық тұрақты емес (ол орташа теңіз деңгейінен биіктік артқан сайын төмендейді). Жоғарыда талқыланған геометриялық жарық жолы үшін, теңіз деңгейіндегі бақылаушы үшін абсолютті ауа массасы болады,
Қабатты атмосфера
Жер атмосферасы әр түрлі температура және тығыздық сипаттамалары бар көптеген қабаттардан тұрады; Халықаралық стандартты атмосфера және АҚШ стандартты атмосферасы – көп қолданылатын атмосфералық модельдер. Көптеген жағдайларда жақсы жуықтау – 11 км биіктіктегі политропты тропосфера, 6,5 К/км температура градиентімен және шексіз биіктіктегі изотермиялық стратосфера, бұл Халықаралық стандартты атмосфераның бірінші екі қабатына өте ұқсас. Қажет болған жағдайда, жоғары дәлдік үшін қосымша қабаттарды пайдалануға болады.
Аңайтушы түрлердің біркелкі емес таралуы
Гидростатикалық есептеулерге негіделген атмосфералық модельдер атмосфераның тұрақты құрамы мен бір ғана жойылу механизмі бар деп қарастырады, бірақ бұл толыққанды дұрыс емес. Аттенуацияның үш негізгі көзі бар: ауа молекулаларының Рейли шашырауы, аэрозольдердің Ми шашырауы және молекулалық сіңіру (негізінен озон арқылы). Әрбір көздің салыстырмалы үлесі теңіз деңгейінен биіктікке байланысты өзгереді, ал аэрозольдер мен озонның концентрациясын гидростатикалық есептеулерден ғана анықтау мүмкін емес. Қатаң айтқанда, егер жойылу коэффициенті биіктікке тәуелді болса, оны ауа массасының интегралының бір бөлігі ретінде анықтау қажет, алайда, компромистік тәсілдер де қолданылуы мүмкін. Әрбір компоненттің жойылуын жеке есептеу үшін жабық түрдегі формулаларды қолдану әдістері сипатталған, ал кейінгі сілтеме есептеулерді жүзеге асыруға арналған BASIC бағдарламасының бастапқы кодын қамтиды. Жойылуды жеткілікті дәлдікпен есептеу үшін кейде қарапайым ауа массасы формулаларының бірін қолданып, әлсірететін әрбір компонент үшін жойылу коэффициенттерін жеке анықтауға болады (, ).
Ауа массасы және астрономия
Оптикалық астрономияда ауа массасы байқалатын бейне сапасының нашарлауын көрсетеді, ғана емес, спектрлік сіңіру, шашырау және жарықтықтың азаюы сияқты тікелей әсерлер бойынша, сонымен қатар атмосфералық турбуленция нәтижесінде туындайтын көру аберрацияларының жиынтығын, жинап айтқанда "көріну" сапасын көрсетеді. WHT және VLT сияқты ірі телескоптарда атмосфералық дисперсия соншалықты күшті болуы мүмкін, ол телескоптың нысанаға бағытталуына әсер етеді. Мұндай жағдайларда атмосфералық дисперсияны компенсациялайтын құрылғы қолданылады, ол әдетте екі призмадан тұрады. Гринвуд жиілігі және Фрид параметрі, екеуі де адаптивті оптика үшін маңызды, олардың үстіндегі ауа массасына (немесе дәлірек айтқанда, зениттік бұрышқа) байланысты. Радиоастрономияда ауа массасы (оптикалық жол ұзындығына әсер етеді) маңызды емес. Ауа массасымен модельделген атмосфераның төменгі қабаттары радио толқындарына елеулі кедергі келтірмейді, олардың жиілігі оптикалық толқындарға қарағанда әлдеқайда төмен. Керісінше, кейбір радио толқындарына жоғарғы атмосферадағы ионосфера әсер етеді. Жаңа апертуралық синтез радиотелескоптары бұл әсерге ерекше сезімтал, өйткені олар аспанның үлкен бөлігін және осылайша ионосфераны "көреді". Шындығында, LOFAR осы бұрмалау әсерлерін нақты калибрлеуді қажет етеді (; ), бірақ басқа жағынан, осы бұрмалауларды өлшеу арқылы ионосфераны зерттеуге де мүмкіндік береді.
Ауа массасы және күн энергиясы
Кейбір салаларда, мысалы, күн энергиясы және фотовольтаикада, ауа массасы AM аббревиатурасымен белгіленеді; сондай-ақ, ауа массасының мәні көбінесе AM-ге оның шамасы қосылып көрсетіледі, сондықтан AM1 – 1 ауа массасын, AM2 – 2 ауа массасын және т.б. білдіреді. Жер атмосферасының үстіндегі, күн сәулесінің атмосферада әлсіреуі болмайтын аймақ "нөлдік ауа массасы" (AM0) деп есептеледі. Күн сәулесінің атмосфералық әлсіреуі барлық толқын ұзындығы үшін бірдей емес; осылайша, атмосфера арқылы өту немесе қарқынды азайтады, немесе спектрлік сәулеленуді өзгертеді. Фотовольтаикалық модульдер көбінесе 1,5 (AM1.5) ауа массасы үшін спектрлік сәулелену арқылы бағаланады; осы стандартты спектрлердің кестелері ASTM G 173 03 стандартында келтірілген. Жерден тыс спектрлік сәулелену (яғни AM0 үшін) ASTM E 490 00a стандартында берілген. Көптеген күн энергиясы қолдануларында, көкжиекке жақын жоғары дәлдік қажет болмаған жағдайларда, ауа массасы көбінесе қарапайым секант формуласымен анықталады.