定義
表觀水平線是將地球與天空分開的明顯線,將所有可見方向分為兩類:與地球表面相交的線和不與地球相交的線。 在許多地方,真正的地平線被樹木,建築物,山脈等遮蔽,所產生的地球和天空的交點被稱為可見的地平線。 當從岸邊看海邊時,距離地平線最近的一部分海域被稱為離岸。
地平線源於希臘語“ὁρίζωνκύκλος”horizōnkyklos,“分隔圈”,與動詞ὁρίζωhorizō,“分割”,“分開”,和“ὅρος”(oros) ,“邊界,地標”。
用法
從歷史上看,到表觀水平線的距離長期以來一直對於生存和成功航行至關重要,特別是在海上,因為它確定了觀察者的最大視野範圍,從而確定了通信,對安全性和傳播信息的所有顯而易見的影響範圍暗示。隨著無線電和電報的發展,這種重要性減弱,但即使在今天,當在“視覺飛行規則”下飛行時,一種稱為“姿態飛行”的技術用於控制飛機,飛行員使用飛機的鼻子與飛機之間的視覺關係地平線控制飛機。飛行員也可以通過參考地平線來保留他或她的空間方位。
在許多情況下,特別是透視圖,地球的曲率被忽略,並且地平線被認為是任何水平面上的點會聚(當投影到圖像平面上)的理論線,因為它們與觀察者的距離增加。對於海平面附近的觀察者來說,這種幾何水平線(假設一個完美平坦的,無限的地平面)與真實的地平線(假設一個球形地球表面)之間的差異是肉眼不可察覺的(可疑的討論)一個1000米的山丘,望著海面,真正的地平線將在一個水平線以下)。
在天文學中,地平線是通過觀察者眼睛的水平平面。它是水平坐標系的基本平面,具有零度高度的點的軌跡。雖然在幾何水平方面類似,但在這種情況下,水平可以被認為是空間中的平面,而不是圖像平面上的線。
距離
通常可以沿著地球曲面進一步看到,由於折射誤差而允許的簡單幾何計算。如果地面或水表面比其上方的空氣冷,冷氣密集的空氣形成在表面附近,導致光線在行進時向下折射,因此在一定程度上繞過地球曲率。 如果地面比上面的空氣更熱,就像沙漠中經常發生的一樣,產生幻影。 作為折射的近似補償,測量距離超過300英尺的測量人員從計算的曲率誤差中減去14%,並確保視線距離地面至少5英尺,以減少由折射產生的隨機誤差。
然而,忽視大氣折射的影響,距地球表面近距離地球的距離約為
其中d為公里,h為地面以上的高度,單位為米。
大氣折射的影響:
如果地球是像月球這樣無氣的世界,上述計算將是準確的。然而,地球有空氣的空氣,其密度和折射率根據溫度和壓力而有很大差異。這使得空氣在不同程度上折射光,影響地平線的外觀。通常,剛剛高於地球表面的空氣密度大於其在較高海拔處的密度。這使得其表面附近的折射率高於較高,這導致大致水平移動的光被向下折射。這使得到地平線的實際距離大於用幾何公式計算的距離。在標準大氣條件下,差值約為8%。這將上述使用的公制公式中的3.57因子改為約3.86。當條件接近標準時,該校正可以並且經常被套用為相當好的近似。當條件不尋常時,這種近似失敗。屈光度受到溫度梯度的強烈影響,每天都會有很大變化,尤其是在水中。在極端情況下,通常在春季,當溫暖的空氣覆蓋冷水時,折射可以使光線跟隨地球表面數百公里。相反的條件發生在例如沙漠中,其中表面非常熱,如此熱,低密度空氣在較冷的空氣下方。這導致光線向上折射,導致幻影效應,使得地平線的概念有點無意義。因此,在異常條件下折射效應的計算值僅為近似值。然而,已經嘗試比上述簡單近似更準確地計算它們。
在視覺波長範圍之外,折射將不同。對於雷達(例如,對於波長為300到3毫米,即1到100 GHz之間的頻率),地球的半徑可以乘以4/3,以獲得在公制公式中給出因子4.12的有效半徑,即雷達天線將是超過幾何水平15%或超過視覺7%。 4/3因子並不準確,如視覺情況下折射取決於大氣條件。