Рефракция и понижение горизонта: почему видимый восход отличается от простой геометрии?

Искривлённый световой путь

Показатель преломления меняется с плотностью и состоянием воздуха. Луч идёт через слои по чуть искривлённой траектории. Глаз продолжает последнее направление прямо и помещает источник выше геометрического.

Это модельные ориентиры. Часто стандарт связывают с температурой около 10°C и давлением около 1010 гПа. Плотный холодный воздух обычно усиливает эффект, тёплый ослабляет, но инверсии и слоистость создают более сложные отклонения. Возле горизонта нельзя считать одно число точным при любой погоде.

Нижний край Солнца поднимается сильнее верхнего, и диск кажется сплющенным. Необычная слоистость над водой или снегом даёт миражи и ступенчатые края. Это изменение изображения, не физическая деформация Солнца.

Диск и стандарт восхода

Восход относят к верхнему краю, а не центру. Радиус примерно 16′ вместе с рефракцией около 34′ даёт стандартную высоту центра −0,833°. Без атмосферы Солнце появилось бы позже и скрылось раньше.

В средних широтах эффект добавляет несколько минут видимого дня, на больших широтах при пологом пересечении может быть сильнее. Дело не в неправильных часах, а в световом пути и принятом крае.

Звёзды и планеты тоже видимо приподняты. Близкой Луне дополнительно нужны параллакс и переменный размер, поэтому не копируйте солнечную постоянную в лунный расчёт. Геоцентрическое и топоцентрическое направления также надо различать.

Почему горизонт с высоты ниже

С высокой точки над открытой поверхностью дальняя видимая линия лежит ниже локальной горизонтальной плоскости. Кривизна Земли открывает больший обзор, и море или равнина уходят вниз. Этот угол называют понижением горизонта.

В простом приближении он растёт как квадратный корень высоты: первые метры относительно значительнее следующих. Приземная рефракция меняет и изображение самого горизонта, поэтому чистая геометрия не исчерпывает реальный вид.

С нескольких метров эффект порядка угловых минут. При ста метрах может превышать половину солнечного диаметра. С высокого пика над низким дальним окружением возможен градус и больше. Ранний восход и поздний заход меняются по времени в зависимости от угла солнечного пути.

Нужен свободный дальний горизонт. В долине соседний хребет поднимает линию зрения и задерживает появление. Высота над уровнем моря не равна свободному превышению над всем пейзажем. На Ольхоне высокий участок не гарантирует раннего выхода Солнца из-за другой скалы; в Москве похожую роль играет здание.

Когда поправки существенны

При обычном взгляде на яркую планету стандарт часто достаточен. Для кадра солнечного восхода над башней, точного покрытия или горной площадки минуты угла могут означать заметную разницу момента и направления.

Нужно сочетать радиус, атмосферу, высоту глаза и настоящий профиль препятствий. Переменчивый воздух у горизонта остаётся ограничением. Расчёт описывает принятые условия и не обещает до секунды одинаковую реальную кромку в любую погоду.