Comme Visibilité ou Voir est la distance à laquelle les objets peuvent être reconnus. Deux effets limitent la visibilité sur Terre : les perturbations atmosphériques telles que les chutes de neige ou le brouillard entraînent une atténuation de la lumière et la courbure de la Terre obscurcit les objets lointains.
Limitation par l'atténuation de la lumière
La diffusion et l'absorption atmosphériques réduisent la contraste d'un objet par rapport à son environnement. Le contraste K dépend exponentiellement de la distance s et un Coefficients d'absorption σ de :
Pour la perception, un contraste minimum de
nécessaire. En supposant que le contraste initial K0 environ 1, peut être vu immédiatement s sur σ on peut conclure :
Une visibilité de 50 km correspond à une constante d'absorption de 10 − 4 / m . Dans de bonnes conditions, le vue à longue distance quelques centaines de kilomètres, voir tableau.
Dans l’image d’exemple, le contraste entre les montagnes et le ciel diminue à mesure que la distance augmente. La chaîne de montagnes sur la photo de droite n'est plus visible dans le brouillard.
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Visibilité atmosphérique |
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Conditions météorologiques |
Visibilité / km |
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Exceptionnellement clair |
280 |
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Très clair |
50 |
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Clair |
20 |
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Légèrement brumeux |
10 |
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Brumeux |
4 |
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Brume épaisse, brouillard léger |
2 |
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Brouillard modéré |
1 |
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Brouillard dense, fortes pluies |
0,1 |
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Brouillard extrême, poudrerie |
0,01 |
L'eau de mer pure a, selon la longueur d'onde, une Durée d'extinction 1/σ de 2 à 100 m. En plongée, une visibilité de 40 mètres est considérée comme exceptionnellement bonne. Dans les lacs propres, elle est d'environ 10 mètres.
Limitation par la courbure de la Terre
distance
La courbure de la Terre limite la visibilité maximale des objets sur Terre. Dans le dessin schématique, une personne regarde vers la gauche une tour. En raison de la courbure de la Terre, elle ne peut voir que la pointe. Est-ce que le Au niveau des yeux h 1 , la hauteur de la tour h2 et est R = 6300 km le rayon de la terre, la portée de vision maximale est s :
(1)
La formule résulte du calcul des longueurs partielles s1 et s2 après théorème de Pythagore et en négligeant les petits termes quadratiques. Si vous regardez depuis une tour vers l'horizon, c'est-à-dire h 2 =0 , la formule est simplifiée. Une tour de hauteur h en m permet la visibilité géométrique s en km :
(1b)
Le Réfraction de l'atmosphère courbe les rayons lumineux et fait paraître la Terre plus grande. Le milieu rayon apparent de la Terre est à R k ≈ 7680km. La portée optique de vision de (1b) augmente jusqu'à 10 % pour :
(1c)
La visibilité détermine également la portée des ondes électromagnétiques de très courte longueur d'onde, c'est-à-dire Ondes ultracourtes et plus court. Ici aussi, un rayon apparent de la Terre est introduit pour la correction. Pour UHF c'est à R k ≈ 8470km:
(1d)
Exemples
Sur l'image de droite, vous pouvez voir un navire à Horizon dont la courbure de la terre occulte une partie de la coque. La photo a été prise à une hauteur d'observation de h1 = 2 m. En supposant que la coque couverte ait une hauteur d'environ h2 = 5 m et le rayon de la Terre R = 6370 km, le navire est à environ 13 km
Le tableau résume quelques valeurs pour la visibilité géométrique maximale. Cela montre l’importance de la hauteur de la Attention de vieux navires de guerre clairement. Depuis un mât de 15 m de haut, l'observateur peut voir un navire à 15 km de distance. A l'inverse, d'une hauteur de 0 m, le gardien sur place ne peut apercevoir le petit mât à l'horizon qu'avec beaucoup de chance.
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Visibilité géométrique (h 2 = 0 mètres) |
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Au niveau des yeux |
Visibilité |
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Au niveau des yeux |
Visibilité |
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2 m |
5 km |
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600 m |
87 km |
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5 m |
8 kilomètres |
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800 m |
101 km |
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10 m |
11 km |
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1000 m |
113 km |
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15 m |
14 km |
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1500 m |
138 km |
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20 m |
16 km |
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2000 m |
159 km |
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50 m |
25 km |
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3000 m |
195 km |
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100 m |
36 km |
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4000 m |
225 km |
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200 m |
50 km |
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8000 m |
318 km |
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400 m |
71 km |
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9000 m |
338 km |
Latitude géographique
Pour les objets volant à haute altitude tels que les avions ou les satellites, la visibilité est moins importante que les informations de distance. On aimerait plutôt savoir quelle zone de la Terre est accessible à l'observation, exprimée en degrés angulaires. Dans le dessin schématique, un observateur voit un avion à un angle a au-dessus de l'horizon. Il vole à une hauteur h au-dessus de la Terre et à une hauteur h+R au-dessus du centre de la Terre. L'avion peut être vu sur Terre avec une élévation >=a dans la plage angulaire de 2*b (angle dans Arc ):
(2) b= π /2 - arcsin( R/(R+h) * cos(a) ) - a
À une altitude de a=0 , si l'avion est juste visible à l'horizon, (2) se simplifie en :
(3) b max = arccos( R/(R+h) )
La relation (3) indique également de combien le Kimm depuis une position d'observation élevée.
À titre approximatif :
(3b) :
ou
(3c) :
Exemples :
- D'une altitude de h=10km un pilote voit une zone sur Terre depuis 2*b = 3,2° , correspondant à une zone d'un rayon d'environ 350 km. Il ne voit la zone périphérique que d'un coup d'œil. L'angle d'élévation doit-il être d'au moins a=10° le rayon est réduit à environ 50 km.
- Un satellite à une altitude de 36 000 km couvre une surface maximale de 2*81,3° (voir aussi Empreinte ).
- Les mesures prises avec un sextant à une hauteur de 4 m au-dessus de la surface de l'eau doivent être corrigées de 3,5' à 3,8' selon les conditions météorologiques.