Novaya Zemlya-effekt

Den Novaja Zemlja effekt er en spesiell illusjon av de polare områder. Den er oppkalt etter navnet Russian ( Новая Земля ) av Novaya Zemlya , hvor det ble observert for første gang i 1596 ved forliset utforskning av Willem Barentsz .

Denne speilet er preget av det faktum at solen kan forbli synlig etter å ha satt seg godt under den effektive linjen i horisonten . Dette fenomenet skyldes en bestemt profil av den atmosfæriske brytningsindeksen : atmosfæren fungerer i dette tilfellet som en bølgeleder . Noe av lyset som sendes ut av solen, beveger seg langs en uvanlig sti og kan nå den mørke siden av jorden (hvor den deretter observeres).

Bølgeledereffekten som virker på de litt skrånende hendelsesstrålene, er Novaya Zemlya-effekten spesielt observerbar ved høye breddegrader.

Oppdagelsen av fenomenet

Første vitnesbyrd

De første dokumenterte observasjonene av Novaya Zemlya-effekten dateres tilbake til 1596 , da Willem Barentsz for tredje gang ledet en ekspedisjon til Nordpolen i et forsøk på å finne Nordøstpassasjen . Ekspedisjonen ble avbrutt ved skjærgården til Novaya Zemlya , på breddegrad 76 ° 12'N, da båten gradvis ble fanget i isen; de måtte bli der hele vinteren. De24. januar 1597, Gerrit de Veer observerte solen stige to uker før den normale soloppgangsdatoen (en sol på -5,26 ° ifølge nylige estimater). Tre dager senere ble solen sett igjen av de Veer og en del av mannskapet (en sol på -4,41 ° i følge de nylige estimatene). Da de Veers verk ble transkribert til engelsk, ble det lagt merke til at i tillegg til å ha undervurdert datoen for en dag (første opptreden av solen den 23. og deretter den 25.), må solen ha vært mellom −4,42 ° og - 4,26 ° som tilsvarte en atmosfærisk brytningsanomali på -3,49 ° .

Disse observasjonene ble senere omstridt av de Veers samtidige, særlig Robbert Robbertsz, en flott navigatør av tiden som intervjuet de Veer og Hermskerck, kapteinen som også hadde sett fenomenet, tretti år etter disse avhørene, sendte han et brev med påstand om at de Veer hadde gjorde en feil i opptellingen av dagene. Bare Johannes Kepler trodde på de Veers ord og søkte en forklaring på fenomenet. Han ga forklarende elementer i 1604 i sitt arbeid Ad Vitellionem Paralipomena, quibus Astronomiae pars optica traditur , ved å sammenligne atmosfæren med en glassplate der strålene forplanter seg fra den ene enden til den andre ved refleksjon: lysstrålene fra solen ville ha kommet inn i atmosfære og fanget av refleksjon over eteren , kunne ha nådd ekspedisjonen hundrevis av kilometer unna.

I tillegg til etersubstansen, er det ikke refleksjoner som foregår i atmosfæren som gjør Keplers forklaring i beste fall billedlig; Baills argumenterte altså i 1875 at det involverte fenomenet må være totale refleksjoner, som i vanndråper i en regnbue , hvor strålene blir fanget mellom den kalde bakken og et atmosfærelag oppvarmet av solen.

Påfølgende observasjoner

Senere observasjoner av dette fenomenet ble ikke bevist før etter Ernest Shackletons ekspedisjon til Antarktis ( 1914 til 1917 ), hvor han observerte solen stige opp på8. mai 1915, knapt syv dager etter sengetid og begynnelsen av polarvinteren , dvs. når solen var i en faktisk høyde på -2,37 ° , og deretter steg opp igjen på26. julisamme år (solens virkelige høyde på -2 ° ).

Flere forskere prøvde å modellere fenomenet og forstå dets virkning, spesielt Alfred Wegener som bygde en stratifisert modell av atmosfæren med totale refleksjoner , Josef Pernter og Franz-Serafin Exner analyserte fenomenene atmosfærisk refraksjon ved hjelp av Wegener-modeller uten å gå så langt som til forklare Novaya Zemlya-effekten.

Gösta Hjalmar Liljequist  (en) , en svensk meteorolog, brukte Wegeners modell for kvalitative forklaringer av fenomenet, etter å ha observert fenomenet iJuli 1951, mens du var på Maudheim stasjon i Antarktis . Solen var -4,2 ° under horisonten, og ifølge Liljequists avlesninger hadde temperaturinversjonen nådd 25  ° C over 1 kilometer.

SW Visser var den første til å lykkes med å forklare fenomenet så vel som det meget lange spekteret av brytningen involvert.

Fenomen

Observasjonsforhold

Novaya Zemlya-effekten finner sted når et inversjonslag og en termoklin eksisterer sammen hvis brytningsindeks er sterk nok til at lysstråler når det reflekteres tilbake til jorden, samt en temperatur på bakkenivå som er svak nok slik at strålene også er helt reflektert tilbake til atmosfæren. Lysstrålene følger deretter en "sikksakk" -sti. Det passende terrenget for dette fenomenet er ideelt flatt, blottet for fjellkjeder eller høye skoger som kan fange opp strålene når de når bakken, og dermed er havoverflaten, isen eller frossent og ukontrollert land steder hvor vi kan observere fenomenet .

I tillegg til disse forholdene, må temperatur-, indeks- og trykkbetingelsene forbli ganske homogene gjennom bølgelederen dannet av inversjonslaget og termoklinen. For temperaturen er det tilstrekkelig med minimum 6  ° C amplitude for inversjonslaget med en gradient på -0,2 ° C m-1.

Stråleutbredelse

Bare en liten mengde stråler kommer inn i "ledningen" dannet av inversjonslaget og termoklinen. Disse strålene, tilbøyelig med ± θ 0, trenger inn i bølgelederen og en del vil forplante seg til observatørens øye flere hundre kilometer fra starten av bølgelederen. Lysstrålene forplantes med jevne mellomrom, men ikke i henhold til en sinusformet , langs "ledningen" med en periode og en fase som er karakteristisk for lysstrålens inngangsvinkel. Strålene som kommer inn ved θ 0 = 0 ° vil ha den lengste perioden (romlig periode langs aksen til "kanalen"). Når vi beveger oss fra null inngangsvinkel, reduseres lysstrålens periode og amplituden øker (amplitude langs høydeaksen). To stråler med identisk vinkel, men med forskjellige tegn, har en vesentlig lik periode, men forskjøvet av et faseforskyvning.

Avhengig av høyden på observatøren, er observasjonsvinduet større eller mindre, det er maksimalt halvveis opp i "kanalen".

Lengden på den dannede bølgelederen bestemmer også størrelsen på fenomenet, jo lenger det er, jo lavere vil den virkelige solen være under horisonten. Lengden på inversjonslaget og termoklinen kan noen ganger være ekstremt stor, 200  km i flere tilfeller oppført, spesielt under observasjonene av Fridtjof Nansen , Ernest Shackleton og Gösta Liljequist. Beregningene som ble utført av Lehn i 2003, tillater oss også å bekrefte at den atmosfæriske bølgelederen som tillot Gerrit de Veers observasjoner å ha en lengde på omtrent 200  km .

Atmosfærisk refraksjon

Prinsippet for bølgelederen dannet av kombinasjonen av en termoklin og et inversjonslag kan ha andre effekter enn utseendet til solen før den stiger, så andre speilbilder finner sted som ikke involverer solen, men fjerne land utenfor horisonten. De skjærgård observert av Gunnbjørn sent på IX th  århundre da den passerte nordvest for Island kunne dermed være forvrengt syn av en polar mirage kysten av Grønland . Gunnbjörn rapporterte å se disse skjærgårdene uten å miste synet av de islandske fjellene. Fraværet av holmer på det gitte stedet og hyppigheten av polære speilbilder gjør det veldig mulig at en bølgeledereffekt fant sted over havet, noe som førte til at Gunnbjörn kunne observere de deformerte kystrene på Grønland.

Merknader og referanser

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

Bibliografi

Dokument brukt til å skrive artikkelen : dokument brukt som kilde til denne artikkelen.

Gerrit de Veers observasjoner

Relaterte artikler