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/ NetNews Usenet Archive 1992 #27 / NN_1992_27.iso / spool / sci / astro / 12228 < prev    next >
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Internet Message Format  |  1992-11-19  |  3.7 KB

  1. Path: sparky!uunet!spool.mu.edu!sol.ctr.columbia.edu!destroyer!ncar!noao!amethyst!organpipe.uug.arizona.edu!hindmost!rclark
  2. From: rclark@lpl.arizona.edu (Richard Clark x4971)
  3. Newsgroups: sci.astro
  4. Subject: Re: Distance of horizon
  5. Message-ID: <1992Nov20.085205.13678@organpipe.uug.arizona.edu>
  6. Date: 20 Nov 92 08:52:05 GMT
  7. References: <lglhj3INNb0c@appserv.Eng.Sun.COM> <1992Nov19.021430.13833@sfu.ca> <ETHANB.92Nov19004023@ptolemy.astro.washington.edu>
  8. Sender: news@organpipe.uug.arizona.edu
  9. Organization: Lunar & Planetary Laboratory, Tucson AZ.
  10. Lines: 79
  11.  
  12. In article <ETHANB.92Nov19004023@ptolemy.astro.washington.edu> ethanb@ptolemy.astro.washington.edu (Ethan Bradford) writes:
  13. >In article <1992Nov19.021430.13833@sfu.ca> palmer@sfu.ca (Leigh Palmer) writes:
  14. >
  15. >   In article <lglhj3INNb0c@appserv.Eng.Sun.COM> fiddler@concertina.Eng.Sun.COM
  16. >   (steve hix) writes:
  17. >   >Anyone have handy a function for figuring the distance of the
  18. >   >horizon from a viewer based on the viewer's height from the
  19. >   >surface?
  20. >                   -1
  21. >   Try d = R arccos ( 1 + h/R )
  22. >
  23. >       d = horizon distance
  24. >       h = height above MSL (assuming horizon is at sea level)
  25. >       R = radius of Earth
  26. >
  27. >This is a complicated approximation to a simple function.  The exact
  28. >answer is
  29. >  d = sqrt(h^2 + 2 R h) \approx sqrt(2 R h)
  30. >
  31. >This can easily be derived by drawing a right triangle with the base
  32. >being a line from the observer to the center of the earth and the two
  33. >sides being (1) the line from the center of the earth to the horizon
  34. >and (2) the line from the observer to the horizon (lines 1 and 2 meet
  35. >at a right angle because line 2 is tangent to the surface of the
  36. >earth).
  37. >
  38. >Since the cosine of the angle between the base and line 1 is R/(R+h)
  39. >and since sin(\theta) \approx \theta for small \theta, the other
  40. >formula will not be off by any significant amount.
  41. >
  42. >Leigh Palmer also writes:
  43. >   I tried to find a series expansion for arccos ( 1 + z ) in my
  44. >   tables, but there ain't one there. I think I see how to figure one
  45. >   out, but I've got to go home now.
  46. >
  47. >You won't be able to figure one out; there isn't one.  The derivative
  48. >of arccos(1+z) is infinite at z=0.  You will note that the exact form
  49. >doesn't have a Taylor expansion either.
  50. >
  51. >-- Ethan
  52.  
  53.  
  54. If you are only interested in small h (from the tops of towers or hills...)
  55. The approximation d = sqrt(2 R h) is perfectly good for kids and friends.
  56. But this is the geometric horizon without the affects of atmospheric
  57. refraction.
  58. Under typical conditions and fairly close to sealevel this is:
  59.     d = sqrt(a R h)
  60. where a:
  61.     2        geometric
  62.     2.31        visible
  63.     2.58-2.67    radar/microwave
  64. This is with d, R, h all expressed in the same units.
  65. If you express h and d in units of convienence such as m/km or ft/miles
  66. and absorb R into the wavelength factor you get
  67. d = sqrt(b h)
  68. with b:
  69.             ft/miles    m/km
  70. geometric        1.50        12.7
  71. visible            1.74        14.7
  72. radar            1.97        16.8
  73.  
  74. These values have been collected from such sources as The_Nautical_Almanac
  75. (the one for sailors, not the old version of the astronomers' almanac with
  76. the similar title), The_American_Practical_Navigator, and some notes from a
  77. radar meteorology class many years ago.
  78. I believe these refraction values are fairly constant throughout the lowest
  79. couple thousand meters of the atmosphere but are highly subject to unusual
  80. temperature profiles.
  81.  
  82. An interesting approximation used in radar meteorology is that of the '4/3
  83. ficticious Earth'. Elevation calculations (given a range and elevation angle)
  84. can be performed by replacing R with R' = 4 R / 3. This 'straightens out' the
  85. refracted radar signal. This is useful for any elevation angle, not just
  86. for looking out at the horizon. I've never done the numbers for the equivelent
  87. factor at visible wavelengths.
  88.  
  89. Richard Clark
  90. rclark@lpl.arizona.edu
  91.