При прохождении через атмосферу инфракрасные лучи, встречая на своем пути различные мелкие частицы, преломляются и отражаются от них. В результате лучи рассеиваются, т. е. изменяют первоначальное прямолинейное направление.
Отражение и преломление инфракрасных лучей объясняются тем, что под действием лучистой энергии начинают колебаться внешние электроны атомов и молекул данной среды, которые в свою очередь сами становятся миниатюрными излучателями электромагнитных волн. Волны, излучаемые возбужденными электронам», называют вторичными электромагнитными волнами.
При прохождении через атмосферу инфракрасные лучи, встречая на своем пути различные мелкие частицы, преломляются и отражаются от них. В результате лучи рассеиваются, т. е. изменяют первоначальное прямолинейное направление.
Отражение и преломление инфракрасных лучей объясняются тем, что под действием лучистой энергии начинают колебаться внешние электроны атомов и молекул данной среды, которые в свою очередь сами становятся миниатюрными излучателями электромагнитных волн. Волны, излучаемые возбужденными электронам», называют вторичными электромагнитными волнами. Они имеют ту же частоту, что и вызвавшие их первичные волны.
Если оптическая неоднородность среды (по составу или по плотности) будет значительной, то почти вся лучистая энергия будет затрачиваться на возбуждение внешних электронов атомов и молекул среды. В результате рассеяние может стать настолько сильным, что на долю проходящих лучей энергии почти не останется. Такая среда непрозрачна для проходящих лучей. Вот почему среды с явно выраженной оптической неоднородностью называются мутными средами. К мутным средам относится дым, пыль, туман и т. д.
Воздух, который в обыденной жизни принято называть чистым, рассеивает лучистую энергию. Рассеивающими центрами в нем являются молекулы. Вследствие теплового движения молекул в воздухе образуются участки с временным увеличением ищи понижением плотности. Изменение плотности вызывает изменение показателя преломления. Поэтому даже в чистом сухом воздухе возможно рассеяние инфракрасных лучей. Рассеяние лучистой энергии в воздухе называется молекулярным. В этом случае величина рассеяния зависит от длины волны. Эта зависимость может быть выражена следующей формулой:
Где о — коэффициент рассеяния;
K — коэффициент пропорциональности;
X — длина волны.
Из формулы видно, что чем короче длина волны колебаний, тем больше эта энергия рассеивается. Красные и инфракрасные лучи, имеющие большую длину волны по сравнению с синими и фиолетовыми лучами, рассеиваются в меньшей степени. Это подтверждается и практикой. Солнце при восходе и заходе, а также сквозь пыль и дым кажется багрово-красным, а красные огни светофоров в тумане видны лучше, чем синие.
Итак, степень рассеянНия лучистой энергии существенно зависит от длины волны электромагнитах колебаний. Однако это правило справедливо только для чистого воздуха, когда диаметр рассеивающих частиц много меньше длины волны. Когда же размеры рассеивающих частиц становятся соизмеримы с длиной волны, характер распределения рассеяния по спектру становится более сложным и преимущества инфракрасных лучей перед лучами с меньшей длиной волны уменьшаются. Особенно сильно меняет свой характер рассеяние в туманах.
Радиусы капель тумана колеблются в очень широких пределах — от 0,5 до 50 Мк. Наиболее часто встречающиеся капельки тумана имеют диаметр 2 Мк. Капли тумана радиусом более 50 Мк переходят уже в капли дождя.
Измерения прозрачности естественных туманов, проведенные П. Я. Бакиным, В. И. Черняевым и другими, показали, что в области спектра от 0,3 до 3 Мк прозрачность тумана очень медленно возрастает с увеличением длины волны падающих лучей. Исследования показали, что характер и интенсивность рассеяния зависят не от абсолютных величин радиуса частицы и длины волны падающих лучей, а от их соотношения. Максимальное рассеяние происходит тогда, когда длина волны равна радиусу рассеивающей частицы.
Таким образом, при тумаке нельзя ожидать хорошей прозрачности инфракрасных лучей ближней области, потому что частицы тумана имеют радиус 3—5 Мк. При дожде, когда минимальный радиус частиц приблизительно равен 60 Мк, Инфракрасные лучи проходят через атмосферу так же плохо, как и видимые, так как при таких размерах частиц рассеяние не зависит от длины волны.
Экспериментальные данные показывают, что дымка ослабляет инфракрасные лучи незначительно. Так, например, на расстоянии 10 Км инфракрасные лучи с длиной волны 3 Мк ослабляются не более чем на 0,013%. При дымке, когда радиус рассеивающих частиц меньше 1 Мк, Применение приборов, работающих на использовании инфракрасных лучей с длиной волны 2—3 Мк, дает выигрыш по дальности наблюдения примерно в 2—4 раза по сравнению с приборами наблюдения в видимых лучах.
Таким образом, изучение распространения различных лучей показало, что вблизи земной поверхности условия для распространения инфракрасных лучей более благоприятные, чем для видимых, поэтому аппаратура наблюдения в инфракрасных лучах часто может обеспечить большие дальности наблюдения, чем в видимых лучах.