Файл: Егоров Н.И. Физическая океанография.pdf

глощаются лучи красной части спектра (с длиной волны более 0,6 мк), почти совершенно не поглощаются короткие (зеленые и синие лучи с длиной волны менее 0,54 мк). Иными словами, по­ глощение света водой является избирательным.

Поглощение света dl на бесконечно малом участке пути dz прямо пропорционально световому потоку I и длине участка пути

поглощения имеет размерность, обратную размерности длины. Пользуясь формулой (5.2), можно рассчитать световой поток

на любой глубине. Пусть перпендикулярно поверхности моря па­ дает световой поток / 0 (рис. 5.6).

Выделим в толще воды элемен­ тарный слой dz, на который па­ дает световой поток /2. В соответ­ ствии с формулой (5.2) поглоще­ ние света в слое dz будет равно

dlz= —т (%)It dz.

Ослабление светового потока при прохождении им толщи воды z найдется путем интегрирования

этой формулы от нуля (от поверхности воды), где световой поток равен 1о, до z (заданной глубины), где световой поток равен /, т. е.

■о

откуда

прошедшей на глубину г, к энергии, падающей на поверхность моря, в том случае, когда в толще воды имеет место только погло­

151

путь, проходимый светом в воде,— А, рассчитываемый по фор­ муле (5.1).

Коэффициент поглощения зависит от длины световой волны и свойств воды. Очевидно, от этих же факторов зависит и световой

Из данных, приведенных в таблице, видно, что дистиллирован­ ная вода вполне «прозрачна» для световых лучей с длиной волны менее 0,54 мк. При л = 0,61 мк наблюдается максимум поглоще­ ния; при К= 0,62 мк коэффициент поглощения несколько уменьша­ ется, а затем вновь растет. При исследовании коэффициента по­ глощения в морской воде встречаются трудности, связанные с тем, что на ослаблении светового потока начинает сказываться рассея­ ние света в неоднородной среде, какой является морская вода.

§ 25. Рассеяние света в море

Рассеяние света связано с прохождением света через неодно­ родную среду. В однородной среде или в вакууме все излучения от отдельных зон световой волны по направлениям, не совпадаю­ щим с направлением распространения света, уничтожаются в ре­ зультате интерференции с излучением остальных зон. Вследствие этого световой пучок параллельных лучей оказывается совершенно невидимым сбоку.

При прохождении света через неоднородную среду неоднород­ ности представляют те элементы, около которых происходит на­ рушение условий интерференции, ведущих к уничтожению боко­ вых лучей. Вследствие этого неоднородности становятся центрами излучения волн, распространяющихся во все стороны окружающего пространства. Такими неоднородностями в воде являются включе­ ния, представляющие собой взвешенные в воде примеси других ве­ ществ, имеющих отличный показатель преломления и молекулы воды, которые, как показано в гл. II, собираются в определенные группы. Эти группы, распадаясь и возникая вновь, создают коле­ бания плотности в данной точке, которые и вызывают оптическую неоднородность морской воды.

152

Характер рассеяния света зависит от размеров рассеивающих частиц. Поэтому необходимо рассматривать раздельно рассеяние света частицами, имеющими размеры меньше длины волны падаю­

мыми с длиной волны падающего света.

Молекулярное рассеяние света. С точки зрения электромагнит­ ной теории света механизм молекулярного рассеяния может быть представлен следующим образом. Световой поток, сопровождаю­ щийся переменным электромагнитным полем, встречая на своем пути рассеивающую частицу (взвешенную в воде примесь или группу молекул воды) возбуждает на ее поверхности электромаг­ нитные колебания, которые порождают вокруг частицы новые све­ товые волны. Если размеры частицы малы по сравнению с длиной

волны, образуется сравнительно простая система электромагнит­ ных колебаний. На рис. 5.7 а схематически изображены электри­ ческие силовые линии, возникающие вокруг частицы, а на рис. 5.7 б магнитные силовые линии, расположенные в плоскости, перпенди­ кулярной электрическим силовым линиям.

Количество энергии, рассеиваемой частицами (неоднородно­ стями морской воды), в различных направлениях неодинаково. Оно больше в направлении падающего светового потока и в обрат­ ном, и наименьшее в направлении, перпендикулярном этому

потоку.

Неодинаково и рассеяние световых волн различной длины. Оно оказывается обратно пропорциональным четвертой степени длины световой волны.

На рис. 5.8 в форме полярной диаграммы представлена теоре­ тически рассчитанная и н д и к а т р и с а м о л е к у л я р н о г о р а с ­

частицей по всем направлениям. Радиус-вектор, проведенный к этой кривой из центра диаграммы (совпадающего с центром частицы) но какому-либо направлению, выражает в условном масштабе энергию, рассеиваемую в данном направлении. Часть радиусавектора, заключенная между внешней и внутренней кривыми

153

(зачерненная полоса), характеризует энергию поляризованного света в данном направлении.

Полярную диаграмму рис. 5.8 следует рассматривать как про­ странственную. Рассеяние света будет симметрично вокруг боль­ шой оси, совпадающей с направлением падающего света. Если представить себе поверхность вращения, описываемую изображен­ ной кривой при вращении вокруг большой оси, она будет харак­ теризовать рассеяние света в любом направлении.

Индикатриса рассеяния в числовых характеристиках для све­

Вследствие рассеяния, при прохождении света сквозь слой не­ однородной среды, энергия света в направлении падающего потока ослабляется.

Если на слой толщиной dz падает световой поток /, то после прохождения этого слоя он уменьшится на величину dl

Формулы (5.4) и (5.5) позволяют рассчитать ослабление свето­ вого потока за счет рассеяния при прохождении толщи воды. Для этого положим, что на поверхность моря ( 2 = 0) падает перпендику­ лярно световой поток / о. Поглощение света не учитываем. Тогда до глубины 2 дойдет поток /, который получим, интегрируя формулу (5.4) в пределах от 0 до 2 и от /0 до /

/г

154