大气折射：蒙气差-天文学教程 上册

从天体到地球表面的光线必须经过地球大气层，大气密度在越接近地面的位置，其值越大，导致折射率连续改变而星光传播路径弯曲，即大气折射现象，观测到的天体方向与无大气的原来方向不同，其方向差称为蒙气差。约公元前2世纪科学家就发现大气折射对天体测量的影响，托勒密在《光学》中论述了大气折射问题。16世纪，第谷测定了大气折射值。大气折射的近代理论到17世纪才创立。

1）大气折射对天顶距的影响

可以认为地球大气是球对称的，大气密度随高度增加而减少，大气折射主要影响天顶距，而不影响方位角。天体的光线平面传播示于图2-25中，在地面M点观测天体S，天体光线沿SK进入地球大气层，发生连续折射而沿曲线改变方向，在M点观测到的是曲线切线方向MS′，若没有大气，在M点观测到的天体真天顶距为∠ZMS=z（由于天体远，平行线是等效的）；而由于有大气折射，在M点处观测到的天体视天顶距变为∠ZMS′=z′。由此可见，z′＜z，即由于大气折射，使得观测的天体视天顶距变小了。定义ρ=z-z′为蒙气差。因此，观测的视天顶距必须加上蒙气差，才能归算出真天顶距。

图2-25　大气折射对天顶距的影响(www.xing528.com)

2）蒙气差改正

由于地球大气的物理状态及其变化很复杂，精确计算蒙气差甚为困难，需要采用近似的简化大气模型来计算大气折射。科学家常把大气看做是球对称的，取大气密度仅随高度变化的多个同心球层，并考虑分层结构（对流层、平流层等）及温度、气压的影响，计算出大气折射的总影响——蒙气差改正表。在《中国天文年历》中附有“蒙气差表”和“蒙气差订正表”。蒙气差表是以天顶距z′为引数，查出标准状况的蒙气差R0（即上文的ρ）。蒙气差订正表分布以气温、气压和z′为引数，查出改正系数A、B和α，用下面公式算出蒙气差：

除了天体方向的光学测定需要改正大气折射影响外，现代测量技术中也必须计及大气折射效应。人造卫星、航天器或月球的激光测距，必须改正大气折射导致的实测光行时延迟效应。大气也对无线电波有折射和延迟效应，因而在进行甚长基线干涉测量、人造卫星的多普勒观测、雷达测距等测量时都必须做相应的改正。