В лекции рассказывается о строении, тепловом режиме и особенностях химического состава различных слоев атмосферы Земли. Отмечается сильное влияние малых газовых составляющих на физические свойства атмосферы, хотя относительное содержание этих газов исчисляется долями процента. Рассматриваются слои твердых и жидких частиц на различных высотах в атмосфере, механизм их формирования и наблюдательные проявления, а также оптические явления, происходящие в атмосфере.

Введение

Эра астрономических исследований из космоса началась несколько десятилетий назад. Но и сейчас подавляющее большинство астрономических наблюдений проводится с поверхности нашей планеты Земли. Относится это не только к любительским телескопам, но и к исследованиям на передовом фронте астрономической науки. За последние десятилетия в строй было введено несколько наземных оптических телескопов с диаметром объектива от 5 до 10 м, еще больше проектов находятся в стадии разработки.

Во время любых наземных астрономических наблюдений, будь то обычная зрительная труба или телескоп им. Кека, мы регистрируем излучение далеких объектов, которое пришло к нам на поверхность Земли сквозь газовую оболочку нашей планеты — атмосферу. Сама же атмосфера Земли очень сложна и во многом уникальна по сравнению с другими планетами Солнечной системы. Уникальность заключается не только в обилии кислорода, дающего нам возможность дышать. Наша газовая оболочка имеет сложный химический состав, высотное строение, физические и оптические свойства. Что особенно важно, все эти свойства оптимальны для поддержания жизни на нашей планете, по крайней мере если не подвергать атмосферу сильному физическому или химическому возмущению (как внешнему, так и внутреннему).

Естественно, атмосфера изменяет излучение далеких объектов, проходящее сквозь нее. Взаимодействие излучения с атмосферой включает в себя несколько разных процессов, и при проведении астрономических исследований ученые должны четко представлять, каким образом атмосфера влияет на вид небесных объектов и как правильно учесть это влияние.

Не менее важной задачей является выбор правильного места для строительства обсерваторий и проведения наблюдений. К этому пункту на Земле предъявляются серьезные требования: все атмосферные эффекты, влияющие на изображение небесных объектов, должны быть если не минимальными, то легко учитываемыми, предсказуемыми. Помимо этого в пункте наблюдений часто должна быть ясная погода. Ведь облака — достаточно распространенные и элементарные атмосферные образования — сильнейшим образом влияют на условия астрономических наблюдений, зачастую делая их просто невозможными.

Все вышеперечисленное тесно связывает астрономическую науку с физикой и оптикой атмосферы Земли. Поэтому многие астрономы, особенно экспериментаторы, занимающиеся наблюдениями, являются хорошими специалистами в атмосферной оптике. С другой стороны, астрономическая наука на протяжении многих десятилетий способствовала развитию науки об атмосфере, особенно о ее верхних слоях. И сейчас одним из главных инструментов изучения физики атмосферы являются космические проекты. А когда мы говорим о наземных астрономических наблюдениях, мы не можем не учитывать свойства атмосферы, поэтому они должны быть хорошо известны любому астроному-экспериментатору.

Читать далее в сборнике трудов 41-й Международной студенческой научной конференции "Физика космоса" (.pdf), сс. 158–176