Цвет и свет - Луизов А.В.
ISBN 5-283-04410-5
Скачать (прямая ссылка):
Тг — 'y/nLJo. (12.7)
12.7. СОЛНЦЕ
Источник дневного света Солнце излучает, конечно, не так, как черное тело. Поэтому характеризовать его излучение какой-то температурой можно только условно. Дело осложняется еще тем, что спектральный состав и интенсивность излучения солнечной поверхности зависят от угла между нормалью к поверхности и направлением излучения. Непосредственные измерения показывают, что и эиергетиче-
141
ская Le и визуальная L яркость солнечного диска от центра к краю падает более чем в два раза.
На солнечное излучение, доходящее до земной поверхности, очень влияет земная атмосфера, причем влияние атмосферы зависит от времени года, от высоты Солнца над горизонтом, от погоды. Поэтому прежде всего следует определить параметры Солнца и его излучения вне атмосферы, т. е. того излучения, которое достигает верхнего предела атмосферы.
Диаметр Солнца около 1,4 млн. км, расстояние до Земли около 150 млн. км; отсюда угловой размер солнечного диска — около половины градуса. Радиационная температура Тг = 5770 К. Цветовая температура 7^ = 6500 К. Освещенность поверхности, перпендикулярной лучам Солнца, за пределами атмосферы (солнечная постоянная): энергетическая Ее = = 1365 Вт-м~2; визуальная Е = 133 000 лк. Световая отдача = 97 лм-Вт-1. Средняя (по диску) яркость Солнца: энергетическая Ье = 20,1 Вт-м~2-ср~~2; визуальная L — 1,95-109 кд • м-2,
12.8. ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРЫ
Земная поверхность освещается не только прямым солнечным светом, но и светом, рассеянным атмосферой, облаками и т. п. Да и свет, идущий прямо от Солнца, изменяется, проходя сквозь атмосферу. Рассмотрим прежде всего, как влияет воздух на проходящий сквозь него свет. Даже чистый воздух рассеивает свет, причем тем сильнее, чем короче волна излучения.
Коэффициент рассеяния света в газовой среде выражается формулой
где N — число молекул в единице объема газа, п — его показатель преломления.
В формуле (12.8) для нас важно только то, что свет рассеивается тем сильнее, чем короче его волна, причем зависимость эта очень сильная: в знаменателе X стоит в четвертой степени. Луч, прошедший сквозь слой воздуха, обедняется коротковолновыми излучениями, в нем начинают преобладать излучения более длинных волн. Если речь идет о видимом изменении света, то можно сказать коротко; луч крас-
142
неет. Чем больший путь проходит свет сквозь атмосферу, тем краснее он становится. И все мы знаем, что, подходя к горизонту, Солнце становится красным: его наклонным лучам приходится проходить более длинный путь в атмосфере.
Но рассеянный свет, мало поглощаясь, в основном только меняет направление, и если на проходящий по воздуху пучок света смотреть сбоку, мы уви-дим его голубым (конечно, не будь рассеяния, мы бы вообще ничего не увидели). Именно рассеянием коротковолновых излучений объясняется голубой цвет неба.
Обедняя прямой солнечный свет коротковолновой его составляющей, атмосфера понижает его цветовую температуру. Но к прямому солнечному свету добавляется свет, идущий от голубого неба, цветовая температура которого очень высока: она может доходить до 25 ООО и даже до 100 ООО К.
И прямой солнечный свет, и свет неба могут сильно изменяться в зависимости от времени года, времени суток, от погоды. В конкретных случаях совершенно различной может быть доля прямого солнечного и рассеянного света в освещении какой-то конкретной поверхности. И все же во всех этих разнообразных случаях мы говорим об освещении дневным светом. Но получается, что понятие «дневной свет»—• нечто совершенно неопределенное. Все же для колориметрии, для многих практических расчетов дневной свет настолько важен, что делаются и непрерывно возобновляются попытки как-то стандартизировать его, найдя какую-то среднюю величину: усредняя по широте, времени года, времени суток. Или, учитывая всю трудность такого усреднения, пытаются ввести понятия о разных фазах дневного света и установить цветовую температуру для каждой из них. Вопрос о стандартизации дневного света мы рассмотрим в следующей главе, а в заключение этой укажем на возможность совершенно иного подхода к вопросу об усреднении.
12.9. БИОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД
При установлении некоторого среднего дневного света усреднение проводилось по широте, по времени дня, времени года, а для учета капризов погоды и за
143
несколько лет. Но можно избрать принципиально другой подход — усреднить колебания состава дневного света за миллионы лет: за время, в течение которого развивались и совершенствовались человек и его предки. Начало такому подходу положил академик С. И. Вавилов, который в своей замечательной книге «Глаз и Солнце» [4] показал, что глаз развивался под влиянием солнечного света и почти идеально приспособился к его восприятию. Точнее, к восприятию не непосредственно солнечного излучения, а именно дневного света. Поэтому длина волны, на которую приходится максимум спектральной чувствительности дневного зрения, должна совпадать с длиной волны, на которую приходится максимум испускательной способности ечерного тела при температуре Т.
Подставив в формулу (12.4) соответствующее максимуму спектральной чувствительности при дневном зрении, получим
