[科普中国]-表现水平线

简介

表观水平线是将地球与天空分开的明显线，将所有可见方向分为两类：与地球表面相交的线和不与地球相交的线。 在许多地方，真正的地平线被树木，建筑物，山脉等遮蔽，所产生的地球和天空的交点被称为可见的地平线。 当从岸边看海边时，距离地平线最近的一部分海域被称为离岸。1

地平线源于希腊语“ὁρίζωνκύκλος”horizōnkyklos，“分隔圈”，与动词ὁρίζωhorizō，“分割”，“分开”，和“ὅρος”（oros） ，“边界，地标”。

用法从历史上看，到表观水平线的距离长期以来一直对于生存和成功航行至关重要，特别是在海上，因为它确定了观察者的最大视野范围，从而确定了通信，对安全性和传播信息的所有显而易见的影响范围暗示。随着无线电和电报的发展，这种重要性减弱，但即使在今天，当在“视觉飞行规则”下飞行时，一种称为“姿态飞行”的技术用于控制飞机，飞行员使用飞机的鼻子与飞机之间的视觉关系地平线控制飞机。飞行员也可以通过参考地平线来保留他或她的空间方位。2

在许多情况下，特别是透视图，地球的曲率被忽略，并且地平线被认为是任何水平面上的点会聚（当投影到图像平面上）的理论线，因为它们与观察者的距离增加。对于海平面附近的观察者来说，这种几何水平线（假设一个完美平坦的，无限的地平面）与真实的地平线（假设一个球形地球表面）之间的差异是肉眼不可察觉的（可疑的讨论）一个1000米的山丘，望着海面，真正的地平线将在一个水平线以下）。

在天文学中，地平线是通过观察者眼睛的水平平面。它是水平坐标系的基本平面，具有零度高度的点的轨迹。虽然在几何水平方面类似，但在这种情况下，水平可以被认为是空间中的平面，而不是图像平面上的线。

和表观水平线之间的距离通常可以沿着地球曲面进一步看到，由于折射误差而允许的简单几何计算。如果地面或水表面比其上方的空气冷，冷气密集的空气形成在表面附近，导致光线在行进时向下折射，因此在一定程度上绕过地球曲率。 如果地面比上面的空气更热，就像沙漠中经常发生的一样，产生幻影。 作为折射的近似补偿，测量距离超过300英尺的测量人员从计算的曲率误差中减去14%，并确保视线距离地面至少5英尺，以减少由折射产生的随机误差。3

然而，忽视大气折射的影响，距地球表面近距离地球的距离约为

其中d为公里，h为地面以上的高度，单位为米。

大气折射的影响：

如果地球是像月球这样无气的世界，上述计算将是准确的。然而，地球有空气的空气，其密度和折射率根据温度和压力而有很大差异。这使得空气在不同程度上折射光，影响地平线的外观。通常，刚刚高于地球表面的空气密度大于其在较高海拔处的密度。这使得其表面附近的折射率高于较高，这导致大致水平移动的光被向下折射。这使得到地平线的实际距离大于用几何公式计算的距离。在标准大气条件下，差值约为8%。这将上述使用的公制公式中的3.57因子改为约3.86。当条件接近标准时，该校正可以并且经常被应用为相当好的近似。当条件不寻常时，这种近似失败。屈光度受到温度梯度的强烈影响，每天都会有很大变化，尤其是在水中。在极端情况下，通常在春季，当温暖的空气覆盖冷水时，折射可以使光线跟随地球表面数百公里。相反的条件发生在例如沙漠中，其中表面非常热，如此热，低密度空气在较冷的空气下方。这导致光线向上折射，导致幻影效应，使得地平线的概念有点无意义。因此，在异常条件下折射效应的计算值仅为近似值。然而，已经尝试比上述简单近似更准确地计算它们。

在视觉波长范围之外，折射将不同。对于雷达（例如，对于波长为300到3毫米，即1到100 GHz之间的频率），地球的半径可以乘以4/3，以获得在公制公式中给出因子4.12的有效半径，即雷达天线将是超过几何水平15%或超过视觉7%。 4/3因子并不准确，如视觉情况下折射取决于大气条件。