【原创翻译】日全食时天光辐射：一个理论模型
本帖最后由 刘博洋同好 于 2009-3-15 22:29 编辑要写姜老师布置的文章，拖了两个星期了……今晚不睡也得写出来……
怕写的露馅了，先看了篇1978年写的paper。边看边摘译了一些段落。因为是跳着译的，可能看着很不连贯。也没有翻译公式的解释之类的。凑合看吧，当定性的科普文看吧。。。
本人原创翻译，转载请注明，译者：北京大学青年天文学会 刘博洋说实话即使是我翻译的这一些我也有个别句子没大看懂……而且用词上肯定诸多不规范甚至错误，请大家积极指正！不胜感激！
日全食时天光辐射：一个理论模型
格伦·E·肖
本文只考虑进入地球本影光线的一级和二级散射。
本文正确预测了日食时的主要观测现象，如地平线红化和天顶辐射比平时降低约四个星等。
模型预测了，并且观测证实了，在全食期间天顶有最高的蓝-红色比和整个天空的最低亮度。
天空辐射主要部分是太阳光在大气层的多级散射过程产生的。气辉、星空背景光、行星际尘埃光、日冕对天空辐射也有影响，但是除了在距太阳几个太阳半径的圆形区域内或在特定的气辉波长上之外，他们与阳光散射相比都可以忽略。
光子从半影区向本影区的散射可以用蒙特卡洛方法精确的计算出来。
本文相信只考虑一级和二级散射作用的理由是1973年非洲日全食中按照这种模型的理论值与测量值相差在15%之内。太阳高度角在30度以下时这种估计造成的错误将开始不可忍受。
一级散射光只照亮了地平线附近，而二级以上的才对较高地坪高度处的亮度有所贡献。
地球本影的直径取值在0-110km内。
正如图一所示，光子几乎水平的从半影区域通过大气层进入本影，而半影区本身也只是被部分遮挡的太阳所发出的微弱的光所照亮。半影区本身接受的较低的光强和传播路径中光线的严重衰减这二者的结合使得各方向入射本影中心区的光子流量很低；这些光子在本影区内发生多级散射并导致了整个天空的微弱亮度。
天光的星等、天空颜色和天光辐射随高度角的分布取决于食分、太阳高度角和大气层中尘埃的数量和分布（因为是尘埃在散射光线）。
散射公式包括：分子散射和尘埃散射。
散射公式中的散射角在点1、2处均约等于90度。
光学变换函数：沿散射路径的积分。其中在计算第二条路径的时候考虑地表曲率非常有必要。
在此模型中折射被忽略。考虑折射过程更繁琐而对结果的改善很少。
模型过度很危险。
尘埃在大气层中的数量在两公里以上呈指数衰减也似乎是一个合理的假设。
尘埃散射相位在公式中取为0.1并假设不随着散射角而衰减，而散射角通常接近90度左右。
散射相函数和悬浮颗粒物的光学深度是在肯尼亚的日全食那天通过对大气透射的光谱测量和天光亮度测量被确定的。
模型中忽略了表面反射现象，尽管粗略的计算预测四分之一的下行光线被反射上来并随后发生散射。计算表明表面反射会在蓝光波段使天空亮度增加大约10%。
这是一个没有考虑偏振的数量模型。大气中云的存在和多级散射的计算会使任何计算偏振影响的尝试感到困惑，尽管偏振在理论上应在转换方程的蒙特卡洛解中予以考虑。
散射光的主要贡献者是对流层上层和从8到10千米的对流层下层。
注意到围绕着观测者的散射光源的环的亮度随着径向距离r增至几百公里就开始下降，尽管太阳的直射光强在半影区内随着r的增加而增加。减小的原因是远处的环发出的光在传播路径中必须经受更多的衰减，在很大的距离时这种衰减抵消了远处的环所得到的更多的阳关直射产生的补偿。
一个半径比本影还要小的环不会直接被照明因此不会贡献任何亮度。
半径175千米内的环状区域是天空亮度的主要贡献者。半径200到300千米之内的云，尤其是高层云，会阻挡从散射环几乎水平入射的光线从而造成更加黑暗的日全食。
注意到日全食时天空的光线主要来自于对流层上部。关于海拔对天空黑暗程度的影响的计算表明，在11.2千米的高空，亮度会减小40%，而这是现代喷气式飞机的巡航高度。
图四展示了天顶天光亮度的模型预测值和1973年非洲日全食时的几个观测值。测量值相当好的和模型相符，尤其在蓝光波段。可能观测值和计算曲线的区别来自于对高级别散射的忽略，而这似乎会在可见光波段中部贡献15%左右的天空亮度值。
天光辐射强度对大气、地理因素的敏感度：对各种因素的不同组合对模型的影响的估计给出了以下推测：
增加大气中的尘埃会造成一个更黑暗的日全食。无论如何，对流层底层的尘埃对天光辐射的影响比最初想象的要小。这是因为入射的光子有很大一部分在10千米左右的高度发生了散射。从模型中去除尘埃的影响，会使天顶天光辐射增强。平流层中的尘埃，无论如何，会使日食时的天空更暗。
太阳地平高度的影响：对模型的估计推知天顶随着太阳高度角增加而变得更黑。该模型的预测在较高的太阳高度角处开始产生较大偏差。
天空亮度的分布情况：模型预测并且观测证实，天顶是全食时全天最黑暗的地方。事实上，天光亮度在各方位角并无差别（假设太阳高度角大于20度），除了在地平线附近，距太阳±90度处会比0度和180度处稍亮一点。Gedzelman曾经给出过全食的天空近地平线处天光亮度的讨论。
颜色：对于特定的日食，天顶的蓝/红比是最小的，但直到地平高度约30度都基本保持为常数。在更低的角度，天空变红。尽管在1973日全食中，从没发生日食到全食过程中近天顶的色温增加了（变得更蓝了），但这并不一定总会发生。更大范围的日食时蓝-红色温观测指出一个事实，即散射光传出主要发生在高海拔地区，这里尘埃较少并且瑞利散射占主导地位。另一方面，通常没发生日全食的天空颜色，也经常被低层大气的尘埃散射所染红。因此天空颜色可以，并且确实，在全食时变得更蓝。天空颜色向蓝色的变化在低空大气充满尘埃时会更明显、更引人入胜。
全食时天空星等：图五曲线表明持续时间较短的全食（本影半径较小）时的天空比长时间日食更亮。本影较小的日全食的蓝/红颜色比也会轻微的增加。 本人 不太懂这个。先下那个pdf看看 我是来拍砖的。
排版比较乱，跳着翻译，弄不清楚翻的是哪些内容（懒的仔细分辨）。文章似乎蛮有意思的，是否抽时间全译出来？
BTW：LZ是否是北京聚会老大说的那个到场的唯一的天文学本科生？ 是的……
这些意见确实是很存在的……因为本来只是想做一个自己看的文章摘要，写到后来想着索性发出来让大家看看得了。 等过一段再有时间了我全译出来吧~~~ 期待中…… 大家主要看最后几段吧，比较科普，比较实用，而且这几段都是全文翻译的…… 就是
天光辐射强度对大气、地理因素的敏感度：对各种因素的不同组合对模型的影响的估计给出了以下推测：
和之后的部分。
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