Efeito Novaya Zemlya

O efeito Novaya Zemlya é uma miragem especial das regiões polares. É nomeado após o nome russo ( Новая Земля ) de Novaya Zemlya , onde foi observado pela primeira vez em 1596 pela exploração naufragada de Willem Barentsz .

Esta miragem é caracterizada pelo fato de que o sol pode permanecer visível após seu pôr do sol muito abaixo da linha efetiva do horizonte . Este fenômeno resulta de um perfil particular do índice de refração atmosférica: a atmosfera, neste caso, atua como um guia de ondas . Parte da luz emitida pelo sol viaja em um caminho incomum e pode atingir o lado escuro da Terra (onde é então observada).

O efeito de guia de ondas agindo sobre os raios incidentes ligeiramente inclinados, o efeito Novaya Zemlya, é especialmente observável em altas latitudes.

Descoberta do fenômeno

Primeiro testemunho

As primeiras observações documentadas do efeito Novaya Zemlya datam de 1596 , quando Willem Barentsz liderou pela terceira vez uma expedição ao Pólo Norte na tentativa de encontrar a Passagem Nordeste . A expedição foi interrompida no arquipélago de Novaya Zemlya , na latitude 76 ° 12'N, quando o barco foi gradualmente ficando preso no gelo; eles tiveram que ficar lá durante todo o inverno. O24 de janeiro de 1597, Gerrit de Veer observou o nascer do sol duas semanas antes da data normal do nascer do sol (um sol a -5,26 ° de acordo com estimativas recentes). Três dias depois, o sol foi visto novamente por de Veer e parte da tripulação (um sol de -4,41 ° de acordo com estimativas recentes). Durante a transcrição para o inglês da obra de De Veer, percebeu-se que além de ter subestimado as datas de um dia (primeiro aparecimento do sol no dia 23 e depois no dia 25), o sol devia estar entre −4,42 ° e −4,26 ° que era equivalente a uma anomalia de refração atmosférica de −3,49 ° .

Essas observações foram posteriormente contestadas por contemporâneos de De Veer, notadamente Robbert Robbertsz, um grande navegador da época que entrevistou de Veer e Hermskerck, o capitão que também havia visto o fenômeno, trinta anos após esses interrogatórios, ele enviou uma carta afirmando que De Veer havia feito um erro na contagem dos dias. Apenas Johannes Kepler acreditou nas palavras de De Veer e buscou uma explicação para o fenômeno. Ele forneceu elementos explicativos em 1604 em sua obra Ad Vitellionem Paralipomena, quibus Astronomiae pars optica traditur , comparando a atmosfera a uma placa de vidro onde os raios se propagam de uma extremidade a outra por reflexão: os raios de luz do sol teriam entrado no atmosfera e presa pela reflexão no éter , poderia ter alcançado a expedição a centenas de quilômetros de distância.

Além da inexistência da substância etérea, não são os reflexos que ocorrem na atmosfera que tornam a explicação de Kepler, na melhor das hipóteses, pictórica; Baills então argumentou em 1875 que o fenômeno envolvido deve ser reflexos totais, como nas gotas de água em um arco - íris , os raios sendo então aprisionados entre o solo frio e uma camada de atmosfera aquecida pelo sol.

Observações subsequentes

Observações posteriores desse fenômeno não foram atestadas até depois da expedição de Ernest Shackleton à Antártica ( 1914 a 1917 ), onde ele observou o nascer do sol em8 de maio de 1915, apenas sete dias depois de ir para a cama e do início do inverno polar , ou seja, quando o sol estava em uma altitude real de -2,37 ° , subindo novamente em26 de julhodo mesmo ano (altitude real do sol de -2 ° ).

Vários cientistas tentaram modelar o fenômeno e entender seu funcionamento, em particular Alfred Wegener que construiu um modelo estratificado da atmosfera com reflexos totais , Josef Pernter e Franz-Serafin Exner analisaram os fenômenos de refração atmosférica graças aos modelos de Wegener sem ir tão longe para explicar o efeito Novaya Zemlya.

Gösta Hjalmar Liljequist  (en) , meteorologista sueco, usou o modelo de Wegener para explicações qualitativas do fenômeno, após observar o fenômeno emJulho de 1951, enquanto na estação Maudheim na Antártica . O sol estava -4,2 ° abaixo do horizonte e de acordo com as leituras de Liljequist, a inversão de temperatura atingiu 25  ° C em 1 quilômetro.

SW Visser foi o primeiro a explicar o fenômeno, bem como o longo alcance da refração envolvida.

Fenômeno

Condições de observação

O efeito Novaya Zemlya ocorre quando uma camada de inversão e uma termoclina coexistem com um índice de refração forte o suficiente para que os raios de luz que a atingem sejam refletidos de volta para a Terra, bem como uma temperatura ao nível do solo que é fraca o suficiente para que os raios também sejam totalmente refletido de volta para a atmosfera. Os raios de luz seguem um caminho em “ziguezague”. O terreno adequado para este fenômeno é idealmente plano, desprovido de cadeias de montanhas ou florestas altas que possam interceptar os raios conforme eles atingem o solo, então a superfície do mar, gelo ou terra congelada e não controlada são lugares onde podemos observar o fenômeno .

Além dessas condições, as condições de temperatura, índice e pressão devem permanecer razoavelmente homogêneas ao longo do guia de onda formado pela camada de inversão e termoclina. Para a temperatura, um mínimo de 6  ° C de amplitude para a camada de inversão com gradiente de −0,2 ° C m-1 é suficiente.

Propagação de radiação

Apenas uma pequena quantidade de raios entra no "conduíte" formado pela camada de inversão e a termoclina. Esses raios, inclinados em ± θ 0, penetram dentro do guia de ondas e parte se propagará para o olho do observador por várias centenas de quilômetros do início do guia de ondas. Os raios de luz se propagam periodicamente, mas não de acordo com uma senoide , ao longo do "conduíte" com um período e uma fase característica do ângulo de entrada do raio de luz. Os raios que entram em θ 0 = 0 ° terão o período mais longo (período espacial ao longo do eixo do "duto"). Afastando-se de um ângulo de entrada zero, o período do raio de luz diminui e sua amplitude aumenta (amplitude ao longo do eixo da altitude). Dois raios de ângulo idêntico, mas de sinais diferentes, têm um período substancialmente semelhante, mas deslocados por uma mudança de fase.

Dependendo da altura do observador, a janela de observação é maior ou menor, é no máximo até a metade do “duto”.

O comprimento do guia de ondas formado também determina a magnitude do fenômeno, quanto mais longo, mais baixo estará o sol real abaixo do horizonte. O comprimento da camada de inversão e do termoclino pode às vezes ser extremamente grande, 200  km em vários casos listados, durante as observações de Fridtjof Nansen , Ernest Shackleton e Gösta Liljequist em particular. Os cálculos realizados por Lehn em 2003 também permitem afirmar que o guia de ondas atmosférico que permitiu as observações de Gerrit de Veer ter uma extensão de cerca de 200  km .

Refração atmosférica

O princípio do guia de ondas formado pela combinação de um termoclino e uma camada de inversão pode ter outros efeitos além do aparecimento do Sol antes de seu nascer, então outras miragens acontecem envolvendo não o sol, mas terras distantes além do horizonte. Os recifes avistados por Gunnbjörn no final do IX th  século, uma vez que passou a noroeste de Islândia poderia, assim, ser a visão distorcida por uma miragem polar na costa da Groenlândia . Gunnbjörn relatou ter visto esses recifes sem perder de vista as montanhas islandesas. A ausência de ilhotas no local determinado e a freqüência de miragens polares tornam muito possível que um efeito de guia de ondas tenha ocorrido sobre o mar, levando Gunnbjörn a poder observar as costas deformadas da Groenlândia.

Notas e referências

  1. G. de Veer 1598 , p.  34v
  2. W. H. Lehn et al. 2003
  3. G. de Veer 1598 , p.  35r
  4. W. H. Lehn 1979
  5. G. de Veer 1876 , p.  145
  6. W. H. Lehn 2000

Bibliografia

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Observações de Gerrit de Veer

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