Прозрачность воздуха в горизонтальном направлении является весьма интересным метеорологическим элементом. Во-первых, она имеет большое непосредственное практическое значение, как фактор, от которого, главным образом, зависит видимость удаленных объ.ектов. Практическое значение видимости для всех видов транспорта, геодезической съемки и т. п. вполне очевидно; во-вторых, прозрачность воздуха, являясь одной из основных характеристик воздушных масс, представляет большой интерес для синоптики; в третьих, изучение этого элемента может дать много для исследования процессов, происходящих в атмосфере у земной поверхности, так как почти все они так или иначе отражаются на прозрачности воздуха.
Из всех методов, которые предлагались различными исследователями для дневных наблюдений, только следующие два могут претендовать на достаточную строгость и точность.
1. Метод Koschmiedera и Rflhle заключающийся в том, что измеряют видимые яркости трех одинаково черных
1 Н. Koschmieder. Forschungsarbeiten des staatlichen Obssrvatoriums. Danzig, 1930, H. 2. H. Ruble. Там же, 1930 Т. тетр. 3.
(298)
экранов, расположенных от наблюдателя на различных расстояниях. Чем дальше находится от наблюдателя экран, тем он кажется светлее благодаря наличию „воздушной дымки. Измеряемая телефотометром яркость экрана зависит от освещения слоя возкуха между .наблюдателем и экраном, прозрачности этого слоя, яркости света, отраженнного от экрана, и света, претерпевшего многократные отражения и преломления в оптике прибора. Потрем получаемым уравнениям возможно определить прозрачнотсь воздуха.
2. Метод Пясковской состоит в из.мерении яркостей двух пар экранов- одной, находящейся вблизи наблюдателя и другой-на значительном расстоянии. Каждая пара состоит из одного белого и одного черного экрана. Если отражательные способности одноименных экранов одинаковы, то разность между яркостями удаленных экранов всегда меньше, чем разность между яркостями ближних, благодаря ослаблению отраженного экранами света в промежуточном слое воздуха. Если и Ь яркости белого и черного экранов ближней
1 Е. ПяскоЕСкая. Журнал .Геофизика , т. II № 3-4, стр. 329-337, 1932.
нары, a y и .- аналогичные величины для дальней пары, то коэфициент ослабления света воздухом будет:
-Т-Т б - Ч
где / и / - расстояния до дальней и ближней пары экраной.
Этот метод требует лишь, чтобы освещенность ближней и дальней пары экранов была одинакова, что имеет место в большем числе случаев, а не однородность освещения всего слоя воздуха, чего требует первый метод/ Кроме того если ближняя пара экранов установлена достаточно близко от места наблюдения, то при неоднородном яомутнении воздуха все же всегда будут получать среднее значение прозрачности.
Одним из недостатков обоих методов, по мнению изобретателей, является необходимость делать несколько (три или четыре) отдельных наведений телефотометра на различные объекты и такое же число отдельных фотометрирований.
Исходя из всего этого, изобретатели предлагают видоизменить второй из описанных методов таким образом, чтобы величину коэфициента ослабления k можно было получать из одной установки на фотометрическое равновесие и чтобы фотометрирование можно было производить при большой яркости полей сравнения. Описываемый ниже прибор позволяет достигнуть этого.
На приложенном чертеже фиг. 1 и 2 представляют схематически прибор, согласно изобретению, в двух взаимно перпендикулярных продольных сечениях; фиг. 3 и 4-схемы наложения изображений на выходной зрачок от далекой и близкой пары экранов.
В основном прибор состоит из двух труб А к в с объективами Oi и Оо, имеющими почти параллельные оси. Одна из труб, например А, направлена на расположенную вдали (1 - 2 пару экранов, из которых один покрыт белой, хорошо отражающей и рассеивающей краской, другой-черной краской,
1 Здесь, как и в дальнейшем, называется коэфициентом ослабления десятичный логарифм величины обратной коэфициенту прозрачности, рассчитанному на единицу расстояния (1 .v.w).
отражающей по возможности малую часть падающего на него светового потока. Белый и черный экраны располагаются на небольшом расстоянии друг от друга. Объектив 0 (фиг. 1 и 2) дает изображение этих двух экранов около своего главного фокуса. Бипризма D, сдваивает изображения, смещая их одно относительно другого.
Расстояние от бипризмы до изображения и преломляющие углы бипризмы рассчитаны таким образом, чтобы изображение белого экрана, отклоненное одной половиной бипризмы, совпало с изображением черного экрана, отклоненным другой половиной бипризмы. При этом каждое из совпадающих между собой изображений должно закрывать целиком выходной зрачок а прибора. Если наблюдатель через зрачок прибора а будет смотреть на бипризму D, то он увидит одну ее половину светлой, а другуЮ-темной. Совершенно такую же картину наложения изображений белого и черного экранов на выходной зрачок прибора дает и объектив О., от близко расположенной пары экранов. Совмещение пучков света, идущих через объектив 0 и Ogпроисходит при помощи призм ыР и полупрозрачного зеркала Я.
Наименьшие размеры экранов и их расстояние друг от друга должны быть пропорциональны расстоянию от экранов до прибора. Схемы наложения изображений на выходной зрачок от далекой и близкой пары экранов даны на фиг. 3.
Фиг. 3 дает картину наложения изображений далеких экранов; фиг. 4-близких.
Над схематически представленным зрачком расположены .изображения белых () и черных I) экранов.
Они помещены выше зрачка только для наглядности, в действительности они должны с ним совпадать. Прямые линии, пересекающие на схеме изображения экранов, показывают, что например, изображение дальнего черного экрана (фиг. 3) получено через объектив 0 от правой половины бипризмы, а изображение совпадающего с ним белого экрана получено через левую половину бипризмы. Аналогичная схема на фиг. 4 дает представление о распределении изображений, полученных от близкой пары экранов через объектив О. Здесь через правую половину бипризмы «а зрачок попадают лучи от. белого экрана, а через левую половину-от черного, т. е. обратного тому, что давал объектив О.
Если закрыть объектив 0 и смотреть в зрачок, то правая половина бипризмы будет светлой, а левая-темной. Закрывая объектив О, наблюдают обратную картину. При этом разница в яркостях для близкой пары экранов будет значительно больше, чем разность для далекой пары.
Поэтому, если смотреть в зрачок при двух работающих объективах 0 и О, то яркости двух граней бипризмы не будут одинаковыми. Для уравнивания яркостей следует уменьшить разность в яркостях от близкой пары экранов, видимых через объектив О. Для этого между призмой Р и полупрозрачным зеркалом Я в ход лучей пучка помещается серый нейтральный клин К, который может перемещаться при вращении выведенной наружу кремальеры. Перемещая клин, наблюдатель подгоняет его положение так, чтобы яркости полей зрения были одинаковы. Клин имеет шкалу с равномерными делениями.
Пусть Г-, г , /-, г ,, - коэфициенты отражения белых и черных экранов ближней и дальней пары, о и S- прозрачности оптики прибора для лучей, идущих от той и другой пары; з и з- яркости пучков света, рассеянных на пути этих лучей как в атмосфере, так и внутри самого фотометра, благодаря отралсениям от линз, стенок трубы . Наконец, пусть Е будет освещенность экранов, у.-постоянная клина и х - отсчет по клину. Наблюдаемые через фотометр яркости экранов будут
,:3(г 10--;-з)
&„ й(г,.) й , 5(г ,Я10- Ч-)
й„ 3(г .,я.)
Мы предполагаем, что полупрозрачное зеркало Н ослабляет оба пучка в одинаковой.мере.
Когда введением клина достигают фотометрического равновесия, то очевидно, что яркость полей сравнения будет
Ь Ь . , (2)
и следовательно
o(
10-аа: Л:
(-fe
be - ( - г )
1{)-((3)
Постоянная А определяется предварительно на значительный период времени в течение которого можно считать коэфициенты отражения экранов постоянными. Для определения экраны устанавливаются на одинаковом расстоянии и находится показание клина х, при котором поля сравнения имеют одинаковую яркость. При из (3) получают и, следовательно, (3) может быть написано в таком виде
(«-0
откуда
(х-Хо)
k
(4)
Нетрудно показать, что случайные погрещности в величине k, происходящие от неточности установки на фотометрическое равновесие, при предлагаемом методе должны быть в два раза меньще, чем при методе четырех отдельных фотометрирований, даже если предположить, что точность самого фотометрирования в обоих случаях одинакова.
Предмет изобретения.
1. Прибор для измерения прозрачности воздуха в горизонтальном направлении, состоящий из зрительной трубы с двумя объективами, служащий для наблюдения двух пар экранов, из которых одна пара (черный и. белый экраны) расположена вдали, а другая пара (белый и черный экраны) - вблизи от прибора, отличающийся применением помещенной между выходным зрачком и объективом бипризмы Д расстояние которой до изображения и преломляющие углы которой так подобраны, чтобы в выходном зрачке трубы налагались изобр ения дальних экранов (черного и белогоЛ полученные, через разные поля бнпризмы, а также - ближних экранов (белого и черного), полученные через Лругой объектив и те же бипризмы, с целью сравнения разностей яркостей ближней и дальней пар экранов. 2. В приборе по п. 1 применение по.
мещенного между призмой Р полного внутреннего отражения н полупрозрачным зеркалом Н серого нейтрального клина /f, снабженного шкалой с равномерными делениями и служащего для выравнивания яркостей обеих половин бипризмы, сцелью вычисления коэфнциента поглощения воздуха из одного отсчета
