大气折射
我们一直都听过童谣Twinkle-Twinkle little star，但你有没有问过为什么星星在晚上会闪烁？可以肯定，在你的一生中，每个人都曾见过闪烁的星星，但你知道吗，当宇航员在太空旅行时，他们不再看到天空中闪烁的星星，他们唯一能看到的就是美丽的光点。所以这清楚地表明了一件事，星星只是从我们的地球上闪烁或似乎闪烁，但为什么呢？嗯，这是由于我们地球的大气层引起了折射，并且由于这颗星星在夜里闪烁。
要了解大气折射一词，了解什么是折射非常重要？然后我们就可以理解为什么我们可以看到闪烁的效果。
由于大气折射，星星闪烁。
什么是光的折射？
好吧，我们都熟悉光的反射，当光照射到抛光表面时，它会反弹回来，这种现象称为反射。但有时，光线从一种介质传递到另一种介质时会发生弯曲，这种弯曲称为折射。基本上，折射的原因是由于两种介质的光密度不同。
光在不同介质中的折射
在图中，人们可以很容易地理解折射，首先光在空气中传播（光学稀有介质），当它撞击玻璃板时，它会在进入光学密度更大的介质时发生弯曲。
折射的原因
这个理论与我们对光的研究完全不同，因为它总是沿直线方向传播。那么为什么光会发生折射呢，折射的主要原因是光速。基本上，光在不同的介质中以不同的速度传播。因此，当光从一种介质传播到另一种介质时，此时它的速度会发生变化。现在众所周知，每当光从一种介质移动到另一种介质时，它的速度就会发生变化，从而导致折射。让我们讨论一下当光从空气进入玻璃板，然后从玻璃板射出时会发生什么。
- 当光线从空气传播到玻璃板时，随着速度在光密介质中的降低，它会向法线方向弯曲。
- 当光线从玻璃板传播到空气中时，随着在光学稀有介质中速度的增加，它会偏离法线弯曲。
这可以通过理解一个简单的类比来理解为什么光速在不同的介质中是不同的。假设你有两个水池，一个装满水，另一个装满蜂蜜。那么，告诉我你可以在哪个游泳池轻松游泳？当然是水，它的密度比蜜池要小。现在将同样的类比应用于光，所以当它在稀有介质中传播时，它的传播速度比在密度更大的介质中更快。
折射定律
当一束光从两种介质中传播时，它遵循两个折射定律：
- 折射第一定律指出，入射光线折射光线和介质干涉的法线位于同一平面上。
- 入射角正弦与折射角正弦之比对于介质的干涉是恒定的，也称为斯涅尔折射定律。
K = sin i / sin r
其中 k 是常数，i 是入射角，r 是折射角。
大气折射
在本节中，我们试图了解为什么星星会在夜里闪烁？我们是否在正确的位置看到星星？让我再告诉你一个有趣的事实，我们在日出前 2 分钟看到了太阳。这很有趣，但为什么呢？因此，我们将在本节中回答这些问题。正如我们现在都知道折射一词和折射的原因。所以让我们了解大气折射。
由于我们知道介质的变化会导致折射，同样我们的地球被不同层的大气层所覆盖，这些层在不同的高度具有不同的温度，有些大气层是温暖的，有些是寒冷的。现在大气的较暖层表现得像光学稀有介质，而较冷层表现得像光学密集介质。因此，现在我们再次拥有不同的介质，因此当光线穿过大气层的不同层时，它会被折射。
简而言之，地球大气引起的折射现象称为大气折射。
大气折射的例子
现在让我们讨论一些大气折射的例子：
- 星星闪烁：正如我们之前讨论的，大气层的温度在不同的高度是不同的，这会产生不同的折射介质。此外，空气不是恒定的，导致温度变化并引起折射。所以，当大气层向我们折射更多的光时，这颗恒星看起来很亮。然而，当大气层折射的光少于恒星时，似乎就显得暗淡了，而且这个过程发生得如此之快，以至于在我们看来，它似乎在闪烁。
- 高级日出和日落延迟：你有没有想过实际的日落发生得比你通常看到的要早得多？是的，你没听错。当我们看到日落时，来自太阳的光线会在折射下向我们弯曲。那时，太阳已经划过地平线。我们看到，太阳是由于折射而形成的图像，实际上高于其实际位置。这导致日落延迟，并且在日出期间发生同样的事情，这使得它比实际的更早。
- 星星的表观位置：正如我们在星星闪烁中讨论的那样，我们的大气层有不同的层导致光线发生折射，所以我们的大气层将星光向正常方向弯曲，这导致星星的表观位置看起来有点轻微与实际位置不同。
- 彩虹：小时候，我们都喜欢看雨后的彩虹。彩虹的形成包括反射、折射和色散。首先，阳光进入水滴，在此期间它发生折射和分散。但这里我们只关心折射。因此，光在液滴内弯曲（由于介质的变化）并进行全内反射（将在另一篇文章中讨论），然后从光再次折射的地方出来，从而形成彩虹。
示例问题
问题1：解释为什么星星看起来比它们的实际位置高？
解决方案：
Due to Atmospheric refraction, our atmosphere has different air layers having different temperatures at different heights. Thus, this difference of temperature in a different layer of the atmosphere becomes the rarer and denser medium and causes Atmospheric refraction. Hence, the atmosphere bends the starlight towards normal, which causes the apparent position of the star to appear higher than its actual position.
问题2：为什么只有星星在夜里闪烁，而星球却没有？
解决方案：
Since the star appears very small as it is very far from the earth and seems a point source so a continuous change in atmosphere refracts the light causes the twinkling effect. However, the planet which is not so far from our earth appears as collections of a point source, so when light causes dimming the effect produced by the point source on one side of the planet would get canceled out by the brighter effect produced by the point source of light in other parts.
问题 3：多少大气折射导致日落和日出延迟？
解决方案：
The sun appears 2 minutes before the actual sunrise and sunset 2 minutes later than the actual sunset.
问题 4：如果我们通过火上的热空气观察物体，解释为什么物体似乎在移动？
解决方案
This is because of the refraction of light, as the hot air above the fire behave as rarer medium and the colder air further above the hot air behaves as an optically denser medium, hence refraction takes place and the object seems shaky or moving.
问题 5：至少写出三个大气折射的应用？
解决方案：
Following are the application of atmospheric refraction:
- Advance sunrise and delay sunset
- The apparent position of stars
- Formation of rainbow
问题 6：我们知道当光从一种介质移动到另一种介质时会引起折射。现在我们的大气层只被空气覆盖，那么光是如何在一种介质中折射的呢？简要说明。
解决方案：
Well the atmosphere’s layer is not the same, as at different height it has different temperature due to which some layer become optically rarer medium and some become optically denser and this causes atmospheric refraction.