Какое собственное свечение луны

Учебники

Журнал «Квант»

Общие

Бялко А.В. Пепельный свет Луны //Квант. — 1994. — № 1. — С. 38-39.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала «Квант»

Всем известно лунное сияние — отраженный лунной поверхностью свет Солнца. Но замечали ли вы слабое свечение Луны в ясные ночи новолуния — так называемый пепельный свет Луны? Оно уверенно наблюдается только в течение двух — трех ночей, близких к новолунию, когда серпик Луны достаточно узок и его свечение еще не мешает различить слабый свет остальной части лунного диска. Тогда диск слегка светится, заметно отличаясь от черного неба. Чем же вызвано это свечение?

Как вы, конечно, знаете, каждый месяц, а точнее через каждые 29,5 суток, взаимное положение Солнца, Земли и Луны почти повторяется. Слово «почти» связано с тем, что орбита Луны ненамного, всего на 6°. наклонена к плоскости земной орбиты и не является точно круговой. Но для нас эти неточности не будут иметь значения.

Посмотрите на рисунок — Солнце освещает Землю и обращающуюся вокруг нее Луну (вращение Земли и обращение Луны происходят в одном направлении). Солнце далеко, поэтому само оно не изображено, а его лучи показаны параллельными. Освещены половины земного и лунного шаров, на затемненной половине Земли — ночь. Конечно, лучше всего и наблюдать Луну ночью — если нет облаков, то свечение неба почти не мешает. Глядя на рисунок, легко понять, почему за месяц происходит смена фаз Луны: новолуния, первой четверти, полнолуния и последней четверти.

Кстати, знаете ли вы способ, как, поглядев на месяц, сразу сказать, в первой он четверти или в последней? (Разумеется, это детская задачка, но ведь труднее всего дать быстрый и правильный ответ, если есть всего две возможности. Наверное, многим известна такая «подсказка»: если к рожкам месяца мысленно приставить палочку и получится буква «Р», то месяц Растет (находится в первой четверти), а если буква «У», то он Убывает. А академик Ландау определял четверти Луны другим способом: «Если месяц хочется погладить, то он молодой» (ясно, что Ландау не был левшой).

Нелишне заметить, что оба эти правила не абсолютны: они придуманы людьми Северного полушария Земли, поэтому в Австралии, например, верны с точностью до наоборот, а в тропиках вообще не годятся — там месяц висит рогами вверх или вниз. Но есть способ, годящийся для всех широт Земли: если вы видите месяц Утром, то он Убывает, а если Вечером — то Возрастает. Посмотрите на рисунок, и вы поймете сами, почему это так. Рисунок дает вид системы «Земля — Луна» как бы с Северного полюса, или лучше сказать — от Полярной звезды, а чтобы представить вид с Южного полюса, от созвездия Южный Крест, надо посмотреть на рисунок в зеркало.

С помощью рисунка нетрудно также понять, что дополнительная подсветка Луны — ее пепельный свет — обусловлена светом Солнца, отраженным Землей. Свечение особенно эффективно в новолуние, когда Луна темна, а все земное полушарие, видимое с Луны, освещено Солнцем. Попробуем рассчитать, во сколько же раз пепельный свет Луны слабее ее обычного света.

Для этого нам понадобится знать, как отражают свет Земля и Луна. Их поверхности рассеивают падающий свет, но рассеивают его неравномерно по разным направлениям. Поэтому чтобы точно вычислить, каково отношение яркостей наблюдаемых одновременно пепельного света Луны и света тонкого рожка лунного месяца, надо знать, как именно рассеянный свет распределяется по направлениям. Эта задача очень трудная. Но можно довольно легко рассчитать отношение этих яркостей в полнолуние — в обоих случаях рассеяние происходит подобным образом, преимущественно назад, поэтому можно сравнивать не яркости, а полные потоки света.

Доля солнечного света, отраженная небесным телом обратно в космос, называется альбедо. От Земли свет отражается ее атмосферой, особенно сильно облаками, закрывающими около половины земной поверхности. В среднем альбедо Земли близко к A_Z = 30%, хотя и немного варьируется в зависимости от того, день или ночь над Тихим океаном, занимающим почти полушарие. У Луны атмосферы нет, а породы ее поверхности темные — они поглощают большую часть падающего на них света. В среднем альбедо Луны равно A_L = 8%.

Мощность лунного света, попадающая на Землю, конечно, зависит от фазы Луны. В полнолуние с Земли видна вся освещенная Солнцем половина Луны, в первой и последней четверти видна только ее часть, а в новолуние мы можем видеть только темную сторону Луны — ее пепельный свет.

От Солнца исходит излучение, поток энергии которого, падающий на Землю, равен S₀ = 1360 Вт/м 2 . Поскольку расстояние между Землей и Луной много меньше расстояний от них до Солнца, можно считать, что на Землю и на Луну падают одинаковые потоки солнечного света. Рассчитаем полные мощности солнечного света, отраженного Луной и Землей. Если R_L — радиус Луны, то на нее падает световая мощность \(

S_0 \pi R^2_L\), а отражается

F_L = A_L S_0 \pi R^2_L\) .

Аналогично, полная мощность солнечного света, отраженного от Земли, равна

F_Z = A_Z S_0 \pi R^2_Z\) .

Примем теперь Землю за точечный источник, равномерно излучающий отраженный ею свет в полусферу (здесь есть небольшая неточность). Тогда поток энергии, падающий на Луну, будет равен \(

S_1 = \frac<2 \pi a^2_L>\), где a_L — расстояние от Земли до Луны, а полная мощность пепельного света Луны будет равна

Теперь вычислим ее отношение к мощности света Луны в полнолуние и получим простую формулу:

Поскольку геометрия отражения в обоих случаях одинакова, то соотношение, выведенное для мощностей света, справедливо и для яркостей света: пепельный свет Луны слабее ее отраженного света примерно в 24 тысячи раз. Наш глаз устроен так, что он может, прищурясь, недолго смотреть на ослепительный диск Солнца, рассматривать освещенную Солнцем Луну, световая мощность которой меньше в 2,5 миллиона раз (\(

A_L \frac<2 a^2_L>\)) и даже различать ее пепельный свет, ослабленный еще в 24 тысячи раз. И это еще далеко до предела чувствительности глаза!

Но почему же мы так редко замечаем пепельный свет Луны? Дело в том, что его мешает различить на фоне неба свечение земной атмосферы. Если наблюдение ведется под утро или не очень поздно, свет атмосферы вызван рассеянием на больших высотах солнечного света, а глубокой ночью небо светится из-за уличного освещения городов. Свой вклад вносит и сам серпик месяца — при толстом месяце в первой или последней четверти он достаточно велик, чтобы затмить пепельный свет темной, неосвещенной Солнцем, части Луны. Легко понять, что свечение неба резко возрастает даже при легкой облачности или дымке. Поэтому наблюдать пепельный свет Луны можно только в очень ясные ночи и при очень узеньком серпике месяца.

Источник

Пепельный свет Луны

Вскоре после новолуния, когда наш спутник появляется на вечернем небе в виде узкого серпика, иногда наблюдается слабое свечение остальной части Луны. В то время как серп светится ярко-желтым, оставшийся диск выглядит бледно-серым. Сияние это слабое, заметное только в случае прозрачной и чистой атмосферы, которая в городах бывает далеко не всегда. Легче всего увидеть это сияние на фоне сумерек, когда контраст между ярко-освещенной и темной сторонами нашего спутника не так велик. Это явление имеет специальный термин — пепельный свет Луны.

Выглядит это очень красиво, просто взгляните на это фото!

Пепельный свет Луны. Фото: Stan Honda/APOD

Видите, только узкий серп светится ярко и насыщенно, а остальная часть диска Луны — серая, пепельная. Кстати, точно такой же эффект можно наблюдать и на утреннем небе, когда Луна находится на востоке в виде старого серпа.

Какова причина пепельного света Луны?

Вы наверняка знаете, что Луна каждый день выглядит по-разному: то в виде серпа, то в виде полумесяца, то как полностью освещенный диск. Смена фаз происходит из-за того, что Солнце освещает Луну (для нас, землян!) с разных ракурсов. Когда наш спутник находится на небе рядом с Солнцем, он всегда выглядит в виде серпа. Так происходит потому, что к Земле обращен лишь край освещенной Солнцем лунной поверхности.

Следовательно, остальная часть обращенной к нам поверхности спутника Солнцем не освещается. Чем же тогда объясняется пепельный свет Луны? Почему неосвещенная Солнцем часть Луны, пусть слабо, но светится? И, раз уж на то пошло, почему пепельный свет намного слабее, чем свечение остальной части спутника?

Чтобы ответить на эти вопросы, представим себя на темной стороне Луны, той самой, что «излучает» пепельный свет. Солнца не видно — оно за горизонтом, а на черном, как смоль, небе разбросаны тысячи звезд. Но в глаза бросается прежде всего Земля, шар, размер которого в небе Луны почти в четыре раза больше размера Луны на нашем небе. При этом Земля почти вся освещена Солнцем, ее фаза на небе Луны близка к «полноземелию». Отраженный Землей свет Солнца настолько ярок, что на Луне в это время можно преспокойно читать книги.

Значит, пепельный свет Луны — ни что иное, как отраженный спутником свет Земли? Именно так! Вот почему в англоязычной литературе это явление называется earthshine (пер. как «свет Земли»). Разумеется, наша планета не является самосветящимся телом; она, как и Луна, отражает часть падающего на нее солнечного света. Наблюдая пепельный свет, на самом деле мы видим дважды отраженный — от Земли, а затем от Луны — свет Солнца! Вот так, сложным путем солнечный свет возвращается к нам уже на ночную сторону Земли (ведь мы видим пепельный свет, когда Солнце за горизонтом)!

Почему пепельный свет намного слабее, чем свечение остальной части спутника

Луна и Венера на утреннем небе 14 октября 2020 года. Обратите внимание: мы видим не только серп старой Луны, но и ее пепельный свет — слабое сияние не освещенной Солнцем части Луны. Фото: James Roger Samworth

Интересно, что Земля отражает гораздо больше света, чем Луна. Измеряя интенсивность пепельного света, подсчитано, что Земля на небе Луны в 64 раза ярче Луны на нашем небе. Так как площадь Земли на небе Луны только в 14 раз больше площади полной Луны на нашем небе, получается, что Земля отражает почти в 4,5 раза больше света, чем Луна.

Действительно, поверхность Луны сложена в основном из темных скалистых пород и реголита. Она отражает в среднем 12% падающего на нее солнечного света. Земля более контрастное тело. Если вода отражает лишь 5% падающего света, то зелень травы и деревьев уже 25%, песок пустынь — 30%, а облака, ледники и снег — 80-85% солнечного света. В зависимости от времени года наша планета отражает от 32% до 52% падающего на нее света. (Доля отраженного и рассеянного небесным телом света называется «белизной» тела или специальным термином альбедо. Таким образом, альбедо Луны равно 0,12, а Земли — 0,32-0,52.)

Понятно, что какой бы яркой ни была Земля в небе Луны, она и близко не может сравниться с Солнцем. Именно поэтому пепельный свет намного слабее, чем свечение остальной части Луны.

Наблюдение Луны в пепельном свете

Тем не менее, пепельный свет позволяет как следует рассмотреть даже неосвещенную сторону Луны в телескоп. Конечно, вид ночной Луны несколько необычен, так как на ее поверхности выделяются только объекты, имеющие высокое альбедо: светлые лучи, расходящиеся от кратеров Тихо, Коперник и других, яркие центральные горки некоторых кратеров, светлые пятна на морях и некоторые образования, вроде кратера Аристарх.

Примерно так будет выглядеть пепельный свет Луны в ваш телескоп. Фото: Dylan O’Donnell/APOD

Вид «пепельной» части Луны может вряд ли впечатлит вас, однако поглядывать время от времени на неосвещенную сторону Луны полезно! Дело в том, что именно на неосвещенной Солнцем стороне Луны чаще всего замечают так называемые кратковременные лунные явления (или, сокращенно, КЛЯ).

Кратковременные лунные явления

Что это за явления? Например, неожиданное увеличение яркости некоторых объектов — кратеров или их участков. Также к этим явлениям относится появление на поверхности Луны светлых пятен. Среднее время наблюдения КЛЯ составляет 15 минут. Стоит заметить, что до сих пор, несмотря на многолетние наблюдения, ученые далеки от разгадки многих из кратковременных явлений. Наиболее правдоподобные объяснения увязывают наблюдения этих загадочных явлений с падением на Луну метеоритов и тектоническими процессами, происходящими на нашем спутнике.

Вообще говоря, поиск и наблюдение кратковременных лунных явлений представляют собой интереснейшее поле деятельности астронома-любителя. Но есть один важный момент. Прежде чем приступать к изучению Луны в пепельном свете, нужно обязательно хорошо изучить детали рельефа спутника при солнечном свете. Это поможет избежать различных недоразумений. Так, прекрасно видимый в пепельном свете кратер Аристарх неопытные наблюдатели часто принимают за вспышку света и так далее.

В заключение повторю, что пепельный свет Луны хорошо виден не только после новолуния, когда мы видим ранними вечерами на западе «молодой месяц», но и незадолго перед новолунием, когда «старый месяц» виден по утрам на востоке — на фоне утренней зари.

Источник

Почему светит Луна? Описание, фото и видео

Многие задаются вопросом: почему с наступлением темноты Луна начинает светиться? Благодаря ученым, есть ответ на этот вопрос. Возможно, для кого-то это станет разочарованием, но Луна не светится, а лишь отражает свет от главной звезды во вселенной – Солнца. Рассмотрим подробнее тему свечения, разобрав процесс и уделив внимание нескольким интересным фактам.

Причины свечения Луны

Как было сказано, спутник не является источником света, а лишь отражает его. Но как каменистое небесное тело без атмосферы может делать это? Ответ прост – оказывается, лунная почва на 50% состоит из стеклянных фракций. Среди камней можно встретить много стеклянных шаров, некоторые из которых имеют абсолютно круглую поверхность. Именно поэтому Луна работает в качестве отражателя.

Причины свечения Луны

Какое количество света отражает Луна?

Объекты, находящиеся в космосе, характеризуются такой величиной, как «альбедо». Она показывает, насколько хорошо объекты способны отражать солнечный свет. Например, известно, что стекло имеет высокое альбедо, а земля – низкое.

По сравнению с остальными телами в космосе, Луна имеет очень низкое альбедо. Это объясняется большим количеством неровностей и грунтом на поверхности спутника. Она способна отражать лишь 12% солнечных лучей, но этого вполне достаточно, чтобы озарять нашу планету большим количеством света.

В полнолуние спутник способен отражать большее количество солнечных лучей, поэтому его можно видеть даже в дневное время суток.

Во время суперлуния, когда Луна выглядит на 14% больше, чем обычно, свечение становится на 30% ярче, чем обычно. Это происходит, когда Земля находится максимально близко к своему единственному спутнику.

Суперлуние

Также существует еще одно обоснование яркого свечения Луны. Оно объясняется эффектом Зелигера, суть которого состоит в том, что яркость твердой шероховатой поверхности резко увеличивается, если источник освещения находится прямо за наблюдателем. Проще говоря, если в ночное время суток встать под фонарем, то свет, исходящий от него, будет казаться ярче, чем на самом деле.

Какой цвет имеет лунное свечение?

В разное время месяца и года луна имеет разный цвет, с чем это связано? Эта иллюзия возникает в результате эффекта Пуркинье, когда человеческий глаз воспринимает цвета по-разному из-за степени освещенности других объектов.

Модель эффекта Пуркине — цветок герани, видимый в нормальном ярком свете, в сумраке, и ночью

Вот несколько примеров разного свечения:

• Лунный свет вокруг полного месяца кажется голубоватым.
• Во время затмения спутник приобретает красный цвет.
• В полнолуние имеет либо светло-голубой цвет, либо светло-желтый.

Почему Луна имеет разные степени свечения?

Все дело в фазах, которые проходит Луна за время вращения вокруг Земли, а Земля – вокруг Солнца. Всего их 8: новолуние, растущий месяц, первая четверть, растущая Луна, полнолуние, убывающая Луна, третья четверть, убывающая Луна. Именно в это время свет падает на спутник под разными углами.

Фазы Луны

В фазе первой четверти и последней, освещается только половина поверхности, которая обращена к Солнцу. В это время планета находится ровно по середине к Солнцу и Луне, при этом с Земли отлично видна вся Лунная поверхность.

Во время фазы новолуния, ее практически не видно, поскольку Луна находится между Солнцем и Землей. В результате получается так, что одна из сторон, которая должна отражать солнечный свет, обращена в противоположную сторону. Именно поэтому в эти дни на небосводе мы видим только небольшую часть Луны – серп.

Подводя итог, можно сказать, что Луна – это отражатель солнечного света. Сама Луна не может достаточно ярко отражать солнечный свет, поскольку поверхность лишь на 50% состоит из стеклянных фракций. Также количество освещения меняется в зависимости от фазы, в которой сейчас находится спутник.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник