Учёный-планетолог показал, как Земля видна с Луны и как Луна видна с Земли (фото + видео)
Разглядывать Луну через телескоп, фотографию или просто лежа в открытом поле — волшебная возможность, которая нам, землянам, доступна. Хотя многим из нас наверняка хотелось бы взглянуть на Землю с точки зрения Луны, реальность пока такова, что частные поездки на Луну ещё не организуются. Однако кое-что узнать о ней можно уже сейчас благодаря рационализаторскому мышлению учёного-планетолога Джеймса О’Донохью ( James O’Donoghue ).
фото: скриншот с YouTube
О’Донохью, который раньше работал научным сотрудником в Центре космических полётов имени Годдарда в NASA, в настоящее время живёт в Японии и работает в японском космическом агентстве JAXA. Один из его последних проектов представляет собой коллекцию изображений лунной топографии, из которой он создал компьютерное отображение того, как бы Земля выглядела с Луны.
Конечным результатом стало видео с высоким разрешением, показанное через призму спутника Земли. На видео изображена расположенная бок о бок перспектива Земли и Луны, какими они видны друг другу в течение апреля 2020 года. Каждый кадр видео представляет собой совокупность 15-минутного отснятого времени.
Итак, вот как Земля выглядит с Луны и как Луна выглядит с Земли, апрель 2020 год (показаны точные фазы и вращения):
Источник
Почему Земля на фото с Луны такая маленькая? Вычисляем истинный размер
Многие сторонники лунного заговора считают, что размер Земли на снимках с Луны (в частности, на этом) явно занижен. Ну что ж, давайте посчитаем, каким он должен быть на самом деле. Для начала определим, каков угловой размер Земли для наблюдателя, находящегося на Луне. Расстояние от Луны до Земли равно 384,5 тыс. км. Радиус Земли — 6,4 тыс. км. Значит, угловой диаметр будет равен 2arctg(6,4/384,5) = 1,9 градуса.
Для того, чтобы понять, какую часть кадра на фото должна занимать таким образом Земля, осталось понять, какой угол обзора отображался на фото астронавтов. Мы знаем, какие в фотоаппаратах использовались размер плёнки (70 мм) и объектив (60 мм). Значит, половина высоты кадра равняется 70/2 = 35 мм. И угол обзора, который попадает во всю высоту кадра, таким образом, равен 2arctg(35/60) = 60,5 градусов.
Приведу схему, по которой видно, почему в расчётах берётся именно удвоенный арктангенс половины кадра.
F = BC — фокусное расстояние. AD — высота кадра (в данном случае, равна ширине плёнки 70 мм). X = AB — половина высоты. β — угол обзора, помещающийся в высоту плёнки. α — очевидно, половина этого угла. X/F = tg(α) по определению тангенса. Соответственно, β = 2arctg(X/F).
Итого, зная угловой размер Земли и угол обзора фотоаппарата, получаем, что диаметр Земли на фото должен занимать 1,9/60,5 = 3,1% высоты кадра.
UPD. В комментариях верно заметили, что часть плёнки занимает перфорация, а сам размер кадра чуть меньше. Покажем, что это не сильно влияет на итоговый результат. Судя по снимкам плёнки (есть в комментах; точной информации со ссылками не нашёл, может, кто-нибудь знает?) размер кадра составлял 55 мм. Значит, угол обзора был равен 2arctg(55/(2*60)) = 49,2 градуса, а размер Земли должен составлять 1,8/49,2 = 3,7% высоты кадра (или ширины: снимок квадратный).
А теперь померяем, какую долю высоты кадра Земля занимает на фото с Луны. Я вооружился сантиметром и насчитал высоту кадра 13,7 мм, а диаметр Земли 0,7 мм (на экране компьютера). Вы можете замерить у себя, сами величины могут быть разные (у всех мониторы разного размера), но соотношение будет примерно одинаковое.
Итак, Земля занимает 0,7/13,7 = 5,1% от кадра. Вот так-то, мы получили, что Земля на фото не только не меньше, но даже больше, чем должна быть! Но это как раз объяснить просто: наверняка фото по краям (скорее всего сверху) было обрезано, ведь там только темнота (при такой выдержке камеры никаких звёзд не видно).
Напоследок, для неверующих людей, бонусом, так сказать, фото Луны с Земли, сделанное лично мною этим вечером на смартфон. Увы, была облачность и Луна вышла довольно нечёткой. Но вы сами видете, насколько Земля на фото американцев больше, и при этом занимает вовсе не пол-неба, как уверяют конспирологи.
Источник
Спросите Итана: насколько яркой кажется Земля с Луны?
Первое изображение Земли, видимой с Луны, которое увидел человек. Заметьте, насколько Земля кажется яркой по сравнению с Луной.
Когда астронавты с «Аполло» летали к Луне, им открывались невиданные ранее человеком картины: вид на Землю с ближайшего нам мира. Практически все мы видели обратную картину – Луна, как её видно с поверхности Земли – лишь пара десятков человек (и спутников) видело, как Земля выглядит с поверхности Луны. В чём разница? Наш читатель желает знать:
Что будет ярче: полная луна или полная земля с луны? Останется ли эта яркость постоянной?
Если вы наблюдали Луну тёмной и ясной ночью, её яркость вам уже известна.
Полная Луна над деревьями достаточно туманной ночью показывает, насколько яркой кажется Луна с Земли
Полная Луна, отражающая солнечный свет с расстояния всего в 384000 км от Земли – самый яркий объект ночного неба. Она в 1500 раз ярче, чем следующий по яркости объект, Венера, и в 27000 раз ярче Сириуса – ярчайшей звезды в небе. Полная Луна освещает небо так, как способен это сделать большой город. Это серьёзный источник светового загрязнения, светящийся в 40 раз ярче всех остальных объектов ночного неба, вместе взятых.
Восходящая полная Луна над Чикаго, вид над озером Мичиган с кампуса Северо-западного университета
Но, какой бы яркой ни была Луна с Земли, полная Земля с Луны побивает её почти по всем параметрам. Земля примерно в 3,67 раз больше Луны по диаметру, что означает, что её сечение, то есть, видимый размер в небе, в 13 раз больше Луны. Также играет роль ещё один параметр: отражательная способность.
Полная Луна в 2010, отредактировано для демонстрации реальной отражательной способности
Луна и Земля яркие благодаря отражению солнечного света, и, хотя Луна выглядит в небе серой, она более близка к угольному цвету. Она кажется белой от большого количества отражённого света. Пепельная, каменистая поверхность Луны отражает гораздо меньше,, чем земля, зелёные деревья и трава на континентах Земли. И совсем уж теряется по сравнению с яркой отражательной способностью земной воды.
Луна и Земля в масштабе – как по размеру, так и по альбедо. Луна кажется более тусклой, ибо поглощает свет сильнее Земли
Но лучше всего отражают свет не тёмно-синие океаны, поглощающие больше света, чем остальная поверхность Земли и даже Луна – это делает вода в облаках, льду и неглубоких водоёмах рек и шельфов. В среднем Луна отражает только 11% падающего на неё света, а Земля – примерно 37%. Всё это вместе приводит к тому, что полная Земля, видимая с луны, примерно в 43 раза ярче, чем полная Луна, видимая с Земли. При больших полярных шапках и полном покрытии облаками – а также когда Солнце освещает пустыни – Земля бывает самой яркой, примерно в 55 раз ярче Луны.
Когда видно много облаков, южная полярная шапка и крупные пустыни, яркость Земли может превышать яркость Луны в 55 раз
Но интересные факты на этом не заканчиваются. Поскольку Луна привязана к Земле гравитацией, мы всегда видим одну её сторону. Земля же вращается вокруг своей оси, поэтому Луна в среднем видна в нашем небе 50% времени. Другие 50% времени Луна находится с другой стороны планеты. Но это с нашей точки зрения; с точки зрения человека на Луне, Земля находится в небе 100%, если смотреть с ближней части Луны, и 0% времени, если смотреть с обратной.
Маленькое исключение – крохотная полоска на Луне, с которой Земля иногда видна, а иногда – нет, благодаря качающемуся движению, вызванному эллипсом орбиты Луны: лунной либрации.
День и ночь на Луне содержат две земных недели каждый, и ближайшая сторона Луны – это лучшее место для наблюдения полной Земли, когда Солнце полностью освещает дальнюю часть Луны. В этот момент Земля кажется в 13 раз крупнее, в 3,4 раза лучше отражающей и в 43 раза ярче полной Луны, видимой с Земли. И хотя люди ещё не разу не видели этого собственными глазами – мы никогда не были на Луне в то время, когда на ближней стороне ночь – японский спутник Кагуя это видел.
Земля, встающая над частью Луны там, где Солнце едва попадает на лунную поверхность.
Даже когда Солнца не видно, поверхность Луны всё равно освещена благодаря отражённому Землёй свету. Он не такой яркий, как солнечный; примерно в 10000 раз тусклее. Но свет с земной поверхности, отражённый к Луне, всё же может освещать её. Поэтому на Луне в серповидной фазе можно разглядеть детали тёмной части – мы называем этот эффект освещения отражённым светом пепельным светом Луны [Earthshine].
Полумесяц через день после новолуния, заходящий на западе. Остаток диска всё равно освещён светом, отражённым Землёй, и падающим на поверхность Луны.
Чтобы Земля, видимая с Луны, была тусклее, чем полная Луна, видимая с Земли, у неё должно быть освещено менее 1/40 части поверхности. Это происходит в течение 12 часов каждый месяц, когда свет Земли, видимый с ближней стороны Луны, кажется тусклее полной Луны на Земле. Но на Луне есть одно явление, позволяющее испытать тьму, затмевающую любое подсвеченное Луной небо на Земле…
Заканчивающееся лунное затмение, как его видно с Луны, когда Солнце расположено за Землёй, и оба тела выглядят тёмными.
Лунное затмение! Когда часть Луны закрывается тенью Земли, Солнце и Земля с неё не видны, и можно видеть только кольцо подсвеченной земной атмосферы. Кроме этого оттуда видно только звёзды и планеты. Темнее этого только на дальней стороне Луны во время лунной ночи.
Без атмосферы, Земли и Венеры, ночь на дальней стороне Луны темнее любой тёмной ночи на Земле
Яркость полной Земли непостоянна, она меняется с вращением Земли, сменой сезонов и погоды. Земля – живая планета во всех смыслах. Луна кажется нам изменяющейся, но если бы она была такой же большой и разнообразной, как Земля, то изменения сезонов, полярных шапок, облачного покрытия, флоры и пустыней меняли бы её яркость ещё сильнее. Мы считаем Луну непостоянной, поскольку не видим с другой точки зрения. На самом деле Земля меняется гораздо чаще!
Итан Сигель – астрофизик, популяризатор науки, автор блога Starts With A Bang! Написал книги «За пределами галактики» [Beyond The Galaxy], и «Трекнология: наука Звёздного пути» [Treknology].
Источник
«Некоторые до сих пор считают Землю плоской»: побывавший на Луне астронавт — о программе «Аполлон-11» и мифах вокруг неё
— Сейчас все говорят про Луну, поскольку исполняется 50 лет миссии «Аполлон-11» — первой высадке астронавтов на Луну. Люди, отправившиеся в этот полёт, не были до конца уверены, что смогут вернуться обратно. Вы тогда были оператором связи с экипажем. Каково это — осуществлять контроль в ситуации, которую вы не совсем могли контролировать?
— В этом и заключается задача центра управления полётами — это как дирижировать оркестром. Астронавты делают свою работу, а команда на Земле даёт советы и рекомендации в соответствии с правилами, разработанными для миссии. Во время снижения у нас возникли разного рода проблемы — со связью, передачей данных, сбои в работе компьютеров. Из-за всего этого обстановка в центре управления полётами сразу стала очень напряжённой. Я был военным лётчиком, лётчиком-испытателем, но никогда мне не приходилось испытывать подобный стресс.
— К счастью, всё хорошо закончилось. Но я могу себе представить ваши ощущения: «Боже, там всё прошло гладко, а теперь, когда они уже приземляются, начались проблемы. Мы не можем этого допустить».
— Да, мы, конечно, надеялись, что всё закончится хорошо. Но существовали определённые правила управления полётом. Так, если компьютер вышел из строя, то всё, астронавты не могут приземлиться. Обязательно нужен основной компьютер. Можно, конечно, вернуться на орбиту при помощи аварийной системы наведения, но приземлиться она не поможет. Поэтому, когда я увидел сигнал о неполадках в компьютере, у меня внутри всё похолодело. Серьёзно, для приземления (на Луну. — RT) обязательно нужен компьютер. «О, нет, это конец, это всё» — такие мысли у меня возникли. Но Стив Бейлз, отвечавший за космический полёт, объявил, прокричав на весь зал: «Полёт продолжается!» Я передал это экипажу, и мы продолжили снижение, но напряжение быстро нарастало.
— Многие астронавты и космонавты говорят, что самое необычное и весёлое в космосе — это невесомость. Но прежде чем полететь в космос, надо очень много тренироваться. Можете ли вы сказать, что из-за этого уже не так остро ощущается восторг от невесомости? Или же это абсолютно новое ощущение?
— Мне кажется, тренировки как раз помогают испытать этот восторг, потому что ты так долго и упорно идёшь к цели и к моменту старта уже полностью готов: «Давайте, я готов, давайте уже взлетать. Наконец пришёл мой черёд». Поэтому ты так радуешься в момент старта. Если бы не было долгой подготовки, вряд ли радость была бы такой полной. Ты бы гораздо больше нервничал. Но теперь, после всех этих долгих тренировок, мы готовы. Я чётко знал, что мне делать в случае возникновения непредвиденной ситуации. Мы были готовы сделать всё для того, чтобы миссия осуществилась, — и сделать это правильно, чётко по инструкции.
— Сколько суток вы пробыли на Луне?
— 71 час. Почти трое суток.
— И всё это время вы там же спали, ели, мылись… Для меня сон в невесомости — нечто невообразимое. Расскажите, как всё это происходило.
— Мы осуществили посадку на Луну с шестичасовой задержкой, возникшей из-за проблемы с другим космическим аппаратом. По плану мы должны были сразу же надеть рюкзаки и начать свой первый выход на лунную поверхность, чтобы осмотреться на местности. Но в таком случае мы бы отработали 35—40 часов без сна, так что план был скорректирован, нам дали время на сон перед выходом на поверхность. Это, конечно, здорово, но сами понимаете: нас переполняли впечатления, от иллюминатора было не оторваться, мы прибыли, видели всё это невероятное великолепие и готовы были уже покинуть корабль — и тут нам говорят: «Идите спать». Мне совсем не спалось, пришлось принять снотворное, чтобы как-то угомониться, если угодно. Отдыхал я где-то часа четыре. А ведь после столь длительной работы в скафандре очень сильно устаёшь. Нас переполняли впечатления. Каждый миг своего 71-часового пребывания на Луне я провёл с восторгом и интересом.
— Вы занимались исследованием лунных гор, перемещались по поверхности на луномобиле… Луна в моём представлении — просто поверхность, покрытая серой пылью…
— Не кажется ли вам, что лунный пейзаж — с точки зрения не астронавта, а путешественника — зрелище скучноватое? За подобными видами можно отправиться куда-нибудь в Исландию и вовсе не обязательно лететь в космос…
— Из всего, что я видел, на Луну больше всего похожа как раз Исландия, её центральная часть, где нет растительности, а есть лишь голая поверхность. При этом Луна не лишена красоты, причём красоты, способной заинтриговать того, кто ещё детально не знаком с зоной посадки. Там очень труднопроходимый ландшафт, холмы чередуются с долинами…
— А луномобиль управлялся скорее как лёгкая машинка, нежели автомобиль?
— Да, в принципе, как машина для гольфа. Вообще, за рулём был Джон (астронавт Джон Янг. — RT), а я был штурманом. Из-за особенностей подвески луномобиль часто подбрасывало. Поверхность Луны сурова, но она тебя интригует, почти что опьяняет: «Что скрывается за следующим горным хребтом? Что я там увижу? Вот это гора!» Пейзаж постоянно завораживает, хоть палитра его и состоит из одних лишь оттенков серого, а покрыт он весь порошком из мельчайших частиц породы. Всюду остаются следы колёс и подошв… Вся эта красота, а также восторг и трепет от пребывания на Луне меня никак не утомляли.
— Часто ли вы вспоминаете свою работу на луномобиле? Может, какие-то конкретные эпизоды той миссии отпечатались навсегда?
— Да, есть несколько. На второй день мы отправились на юг, к горе Стоун-Маунтин высотой порядка 300 метров. Проехав примерно полпути до вершины, мы развернулись, и перед нами открылся потрясающий вид на десятикилометровую долину, в районе которой мы и совершили посадку. Она целиком предстала перед моим взором, и единственным объектом, который выделялся на сплошном сером фоне, был наш крохотный лунный модуль, стоящий посреди этой долины. Потрясающая красота. Кроме того, очень сильное впечатление производил контраст между ярко сияющей серой поверхностью и чёрной космической бездной. Смотришь наверх и видишь лишь чёрный лист. Там, где проходила наша миссия, Солнце светило постоянно, поэтому звёзд на небе было не видно — сплошная, словно бархатистая, чернота, к которой, казалось, можно было прикоснуться.
— Что вы чувствовали, вернувшись на Землю после более чем трёхсуточного пребывания в космосе? Что первое бросается в глаза, когда вновь ступаешь на Землю? Возникают ли в голове мысли в духе: «Господи, какое всё знакомое! Вот он, реальный мир!» Или возникают какие-то иные ощущения?
— Когда приводняешься, возвращаясь на Землю, последнее приключение — это раскрытие парашютов. Без них не выжить, не приземлиться. Вот мы увидели, что парашюты раскрылись, я выглянул в иллюминатор и заметил пролетающий мимо вертолёт. Это означало, что самое страшное уже позади. Когда мы приводнились, я понял, что вернулся, что всё позади. Как же я был рад возвращению!
— На Луне вы оставили фотографию своей семьи, после Нила Армстронга там остался фотоаппарат… Считается, что Луна покрыта более чем 180 тыс. кг мусора. Есть ли какая-то особая причина, по которой люди оставляют там после себя разного рода предметы?
— Да. Мы жили в городе Хьюстон, в штате Техас, а центр подготовки находился во Флориде. На протяжении двух лет в воскресенье вечером или в понедельник утром я вылетал во Флориду, тренировался всю неделю и возвращался либо поздно вечером в пятницу, либо с утра в субботу. Так что дома я проводил всего два-три дня (в неделю. — RT). И так на протяжении двух лет! Семейная жизнь идёт своим чередом, папа появляется лишь время от времени… Сыновья тогда были ещё совсем дети: одному семь лет, второму — почти пять. Я попытался их как-то вовлечь в происходящее.
На семейном собрании поинтересовался: «Ребят, не хотите ли вы отправиться на Луну вместе с папой?» Они ответили: «Вау! Пап, было бы здорово!» Но взять их с собой я, разумеется, не мог и вместо этого предложил: «Давайте сфотографируемся всей семьёй, я возьму фото с собой на Луну и оставлю там наше изображение». Они очень обрадовались. На обороте той фотографии я написал: «Это семья астронавта Чарльза Дьюка с планеты Земля, который высадился на Луне в апреле 1972 года». Там же каждый из нас четверых поставил подпись.
И я получил разрешение на то, чтобы взять фотографию с собой и оставить её на Луне. Так вот, завершая свои дела на Луне, я достал этот снимок из кармана, положил его на поверхность и сфотографировал. Для меня и для моей семьи это было очень волнительное событие. Недавно мы закончили работу над фильмом Lunar Tribute, который посвящён в том числе той фотографии и нашим переживаниям. В некотором смысле это документальный фильм. Для нашей семьи то фотографирование с последующей доставкой снимка на поверхность Луны имеет особое значение.
— В те времена в Америке и в СССР все полёты на Луну считались частью гонки в рамках холодной войны. Вы тогда тоже так считали?
— Не совсем. Мы понимали, что участвуем в гонке, но никогда об этом не задумывались. Я считал так: победим — так победим, проиграем — так проиграем. Конечно, хотелось, чтобы мы победили. И мы трудились, не покладая рук, чтобы ускорить выполнение поставленных задач. А когда Нил Армстронг первым высадился на Луне, нас поздравили все, в том числе участники российской космической программы. Мне кажется, я больше гордился не тем, что мы кого-то там опередили, а самим фактом того, что мы высадились на Луне, выполнив цель, поставленную президентом Кеннеди. Я никогда не считал это соревнованием. Для меня речь шла об осуществлении цели, поставленной президентом Кеннеди, пообещавшим, что мы высадим человека на Луну до конца 1969 года.
— Вы сказали, что российские космонавты поздравили вас, когда Нил Армстронг впервые ступил на Луну. К сожалению, многие всё ещё считают, что высадка на Луне — постановка, снятая, например, Стэнли Кубриком в Голливуде. Подобные подозрения набирают обороты и по сей день. Почему они живы до сих пор, спустя 50 лет прогресса в деле освоения космоса?
— Даже не знаю. Некоторые ещё считают, что Земля плоская. Понятно, что никакая она не плоская, мы делали снимки, на которых отчётливо видна её шарообразная форма. А что касается высадки на Луне… Те, кто в неё не верит, приводят аргументы в духе «посмотрите на фотографии, там небо чёрное, но на нём нет звёзд!», при этом не задумываясь, что там светит Солнце. Также утверждают, что после посадки модулей на лунной поверхности не образовались кратеры от пламени из двигателей. Вот такие аргументы… Ах, да, и ещё: «У них флаг развевается!»
— Да. Это, пожалуй, самый популярный довод.
— На самом деле он не развевается, он закреплён на горизонтальной алюминиевой перекладине. Он сильно помялся, потому что на протяжении шести месяцев находился в очень плотной герметичной упаковке и хранился в лунном модуле. Достав его, я попытался разгладить складки, но не вышло, он так и остался мятым. Кажется, что он развевается, хотя на самом деле это не так. На снимке, который я сделал сразу после установки флага, виден узор из складок. Спустя 72 часа я сделал ещё один снимок, и узор на нём остался прежним. Так что он там явно не на ветру колышется.
— Последняя высадка на Луну состоялась в 1972 году, и с тех пор там не осуществилось ни одной пилотируемой миссии. Почему?
— Было решено перейти на использование космических шаттлов, которые служили транспортной системой для перемещения на орбиту и обратно. Таким образом предполагалось сократить расходы на доставку спутников, телескопов, космических лабораторий и прочего… Однако стоимость программы в итоге оказалась очень высокой, и вместо 10—15 лет она продолжалась целых 30. Мы потратили огромные деньги, техническая часть этой программы сильно била по бюджету NASA. А потом президент Буш-младший объявил о планах возобновить миссии на Луну, после чего мы вновь обратили взор на естественный спутник Земли. Вместе с этим все сильно разочаровались, я ведь рассчитывал, что к сегодняшнему дню мы будем уже на пути к Марсу…
— И последний вопрос: вы были самым молодым среди побывавших на Луне астронавтов. Сейчас много говорят о космическом туризме. Сколько потребуется времени, чтобы молодой человек примерно такого же возраста ступил на поверхность Луны?
— Надеюсь, что это произойдёт довольно скоро. Я иногда шучу: когда я побывал на Луне, я был самым молодым. Сейчас мне 83, и я по-прежнему самый молодой из всех, кто побывал на Луне. Причём я был всего на четыре месяца моложе Джека Шмитта, так что разница не такая уж и большая. Но я с нетерпением жду того дня, когда на поверхность Луны снова ступит какой-нибудь молодой парень. Если я к тому моменту буду ещё жив, я первым пожму ему руку и поздравлю его.
Источник