Refracción atmosférica
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La refracción atmosférica es la desviación de la luz u otra onda electromagnética de una línea recta a medida que atraviesa la atmósfera debido a la variación en la densidad del aire en función de la altura.[1] Esta refracción se debe a que la velocidad de la luz a través del aire disminuye (el índice de refracción aumenta) con el aumento de la densidad. La refracción atmosférica cerca del suelo produce espejismos. Tal refracción también puede subir o bajar, o estirar o acortar, las imágenes de objetos distantes sin involucrar espejismos. El aire turbulento puede hacer que los objetos distantes parezcan centellear o brillar. El término también se aplica a la refracción del sonido. La refracción atmosférica se considera al medir la posición de los objetos celestes y terrestres.
La refracción astronómica o celeste hace que los objetos astronómicos parezcan más altos sobre el horizonte de lo que realmente están. Aproximadamente un minuto de arco entre el cenit y el horizonte astronómico, pero normalmente es de más de 30 minutos de arco (medio grado) en el horizonte. A veces el Efecto Nueva Zembla, "la refracción horizontal puede superar los dos grados".[2]
La refracción terrestre generalmente hace que los objetos terrestres parezcan más altos de lo que realmente son, aunque por la tarde, cuando el aire cerca del suelo se calienta, los rayos pueden curvarse hacia arriba haciendo que los objetos parezcan más bajos de lo que realmente son. Es menor que la astronómica y apenas perceptible a simple vista, unos pocos segundos de arco o menos, pero " es enorme en comparación con los errores de medición en la topografía".[2]
Existen muchas formas de averiguar la refracción atmosférica o astronómica, la más indicada en astronomía resulta de la comparación entre la altura real (sin considerar la atmósfera) de un astro y la aparente (considerando atmósfera). A dicha diferencia de alturas la vamos a denominar R y su unidad de medida será la misma que la de un ángulo, debido a su pequeña escala se emplea a menudo segundos sexagesimales. El efecto de la refracción R sobre la altura de un astro hace que la altura aparente sea mayor que la real, eleva al astro, de modo que se dará la relación: hreal = haparente - R. Una fórmula rápida para una altitud superior a unos 20 grados asumiendo una refracción "estándar" es:[3]
Donde: la cantidad de refracción en segundos de arco.
la altura real del objeto.
Este fenómeno hace que el Sol, la Luna y las estrellas se vean siempre por encima de su posición real y por eso se denomina en astronomía a la posición de los astros posición aparente (modificada por la refracción) o posición real (considerando que no hay atmósfera). Por ejemplo: un eclipse selenelion, un falso amanecer y un falso atardecer.
La refracción no solo afecta a los rayos de luz visible, sino a toda la radiación electromagnética, aunque en mayor o menor grado.[4] Por ejemplo, en el espectro visible, el azul se ve más afectado que el rojo. Esto puede hacer que los objetos astronómicos aparezcan dispersos en un espectro en imágenes de alta resolución.
Siempre que sea posible, los astrónomos programarán sus observaciones alrededor de los momentos de culminación, cuando los objetos celestes están más altos en el cielo. Asimismo, los navegantes no apuntan con un sextante una estrella por debajo de los 20° sobre el horizonte. Si no se pueden evitar las observaciones de objetos cerca del horizonte, es posible equipar un telescopio óptico con sistemas de control para compensar el cambio causado por la refracción. Si la dispersión también es un problema (en el caso de observaciones de alta resolución de banda ancha), también se pueden emplear correctores de refracción atmosférica (hechos de pares de prismas de vidrio giratorios).
Dado que la cantidad de refracción atmosférica es una función de la tasa de lapso adiabático, la temperatura, la presión y la humedad (la cantidad de vapor de agua, que es especialmente importante en las longitudes de onda infrarroja promedia), la cantidad de esfuerzo necesario para una compensación exitosa puede ser prohibitiva. La refracción es un problema más serio para en geodesia que en astronomía.[2] Los topógrafos, por otro lado, suelen programar sus observaciones por la tarde, cuando la magnitud de la refracción es mínima (véase Refracción de nivelación).
La refracción atmosférica se vuelve más severa cuando los gradientes de temperatura son fuertes, y la refracción no es uniforme cuando la atmósfera es heterogénea, como cuando ocurre turbulencia en el aire. Esto provoca condiciones de visión subóptimas, como el centelleo de las estrellas y varias deformaciones de la forma aparente del Sol poco antes de la puesta del Sol o después de la salida del sol.