Atmosfera terrestre ...

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1 L atmosfera terrestre si comporta, in prima approssimazione, esattamente come un FILTRO che si interpone tra un sistema ottico con rivelatore e una sorgente celeste. In pratica uno strato di un dielettrico avente proprietà di assorbimento e trasmissione variabili nelle diverse bande spettrali. z z n=1 n K..... n i L effetto principale, prevalente in banda visibile, è la realizzazione di una posizione apparente delle sorgenti in cielo: Rifrazione Atmosferica n 1 n 0 Assumiamo una stratificazione in piani paralleli: lo strato i-esimo ha un indice di rifrazione n i ; una stella ad un angolo zenitale z verrà vista a z N.B. Indipendente dalle variazioni di n lungo il cammino ottico ma SOLO da n 0

2 Indichiamo con il termine Rifrazione Atmosferica l angolo Riscriviamo quindi la precedente come Poiché avremo Nel Visibile per STP Ricorda: per piccoli angoli zenitali la Rifrazione in arcsec è circa pari all angolo zenitale in gradi! ma già a 45 gradi R è pari a 1 arcmin. Si capisce che con questa approx nascerebbe un problema all orizzonte: R Problema della presenza della curvatura terrestre

3 Altitudine 2000 m s.l.m. Pressione 750 mb Temperatura 283 K Correzione della legge per grandi angoli zenitali Altitudine 3300 m s.l.m. Pressione 650 mb Temperatura 213 K dove sia che contengono la dipendenza con la temperatura al suolo, T, la pressione, P, e l umidità relativa, h range di prima R circa 0.5 gradi all orizzonte disco Sole circa 0.5 gradi quando al tramonto vediamo il Sole toccare l orizzonte, in realtà è già tramontato! (da 3 min) La correzione dovuta alla rifrazione atmosferica domina sulle altre correzioni astronomiche (ab. annua, precessione, et al.) per angoli zenitali maggiori di 20. Esistono relazioni semiempiriche per stimare la rifrazione anche nel FIR/mm

4 Cromatismo della Rifrazione Atmosferica Poiché l indice di rifrazione ha una dipendenza con la lunghezza d onda avremo una deviazione risultante, i.e. una Rifrazione, dipendente dal colore. n=1 analogia : prisma lungo un meridiano terrestre Si estrapola la dipendenza dell indice di rifrazione, almeno per il VIS, con la formula di Cauchy Contributo su R nel VIS pari al 2% i.e. 1 a 45 con in micron

5 Ad una fissata lunghezza d onda possiamo trovare la relazione tra l indice di rifrazione e la densità dell aria : Legge di Gladstone-Dale «Costante» di Gladstone-Dale vs λ nell ipotesi di gas perfetto ad esempio (nel rosso) peso (o massa) molecolare dell aria secca costante dei gas perfetti Ossigeno (6.704 ) + Azoto (21.88) + CO 2 (0.013) + Argon STP (1atm/291K) 1 mole = quantità di gas con N Avogadro molecole (6,022 x ).. ma vediamo come variano P e T con la quota

6 Profilo T standard: soggetto a variazioni in base alla latitudine geografica e alla stagione. Termosfera : i fotoni UV e X solari ionizzano i tenui gas residui e la temperatura risale. Poiché questa regione è ionizzata permette la riflessione delle frequenze radio sotto ai 30 MHz e si chiama più propriamente Ionosfera. z Mesosfera : trascurabili le concentrazioni di O 3 e di vapore acqueo quindi la temperatura è più bassa di quella della stratosfera. La composizione chimica dell'aria dipende fortemente dall'altezza con gli elementi più pesanti stratificati negli strati più bassi. Stratosfera : l Ozono (O 3 ) assorbe l'uv solare e si dissocia in O 2 & O producendo calore. Troposfera : Azoto molecolare N 2 (78%) e Ossigeno molecolare O 2 (21%) con tracce di Argon e di vapor acqueo. [90% della massa atmosferica] U.S. Standard Atmosphere

7 Fino ad una quota di 90 km la composizione è approx costante e la pressione ha un andamento esponenziale del tipo: z dove si indica l altezza di scala quota dove P ha un valore 1/e di quello al suolo che ha un valore per l aria e per l ossigeno U.S. Standard Atmosphere