Игра света или игра слов? Почему Луна бывает «голубой», «чёрной» и «кровавой»
Эффектные названия ночного светила далеко не всегда соответствуют его реальному оттенку, но всегда обозначают редкие явления.
Однажды под голубой Луной
Итак, начнём с того, что опять журналисты с утра обещают «голубую Луну», а вечером получается сплошной обман. Даже если с погодой везёт, то никакая она не голубая, а самая обыкновенная. Правильно, потому что от журналистов хорошего дождёшься после дождичка в четверг. Once in a blue moon, как говорят «у них». Хотя с точки зрения астрономии само явление, обозначенное как blue moon, — нечто куда более вероятное, чем слова, чего-то стоящие, а именно: случается каждые примерно лет семь.
Определением «голубая Луна» из английской поговорки назвали довольно редкое событие, когда за один сезон случается не три полнолуния, как обычно, а целых четыре. Вот 31 октября 2020 года как раз было уже третье по счёту полнолуние в этом сезоне. То есть будет ещё одно «лишнее» четвёртое. В следующий раз так будет в 2027 году, потом в 2035-м. Надо сказать, в расчёт принимается не календарный сезон, а астрономический, который является промежутком между каким-нибудь равноденствием и каким-нибудь солнцестоянием. Например, нынешняя астрономическая осень началась 22 сентября, это был день осеннего равноденствия, а закончится 21 декабря — в день зимнего солнцестояния.
Впрочем, иногда для красного словца голубой Луной называют второе полнолуние за один календарный месяц. Это бывает гораздо чаще, но всё-таки это не совсем то самое явление.
Космический лёд. Чем отличается лунная вода от земной и можно ли её пить
Зловещая чёрная Луна
Опять же, в классическом понимании это то же, что «голубая» Луна, только, скажем так, наоборот: в сезон умещается не четыре полнолуния, а четыре новолуния, то есть четыре безлунные ночи. И «чёрной» Луной тоже называют третье такое новолуние. Оно бывает ровно за четыре года до «голубой» Луны: то есть, к примеру, было в 2016-м и в следующий раз ожидается в 2023-м.
Но есть и другие интерпретации: «чёрной» Луной — по аналогии с «голубой» — любят пугать всякий раз, когда за месяц случается два новолуния (то есть каждые года три), когда бывает месяц вообще без новолуния или вообще без полнолуния. Кстати сказать, Луна не успевает пройти свой полный цикл только в феврале, ибо он даже в високосный год короче лунного месяца, составляющего 29,53 суток.
У Земли была вторая Луна, и она рухнула. Что думают учёные о гигантских метеоритах
«Кровавая» Луна, бууу.
Тут журналисты не врут и глаза не обманывают — она действительно бывает красной. Это лунное затмение. То есть наступает полнолуние — и вдруг лунный диск начинает накрывать тень. Тень Земли. Она на время полностью загораживает от Луны Солнце. И тем не менее ночное светило не исчезает совсем. Его освещает свет, идущий от земной атмосферы. В это самое время солнечные лучи проходят сквозь неё по касательной и таким образом пересекают большую толщу воздуха. Точно так же, как и во время рассвета или заката. В результате коротковолновой синий свет рассеивается, а длинные красно-рыжие волны становятся более заметны.
След катастрофы. Загадки обратной стороны Луны
Луна не всегда расположена на одном и том же расстоянии от Земли, оно меняется от 357 до 406 тысяч километров. Эти почти 50 тысяч километров дают некоторую разницу в видимых размерах и яркости диска. В перигее (на ближайшей к нам точке орбиты) он на 14% больше и на 30% ярче, чем в апогее (то есть в 406 тысячах километров). Момент перигея и есть суперлуние. Учёные, правда, не любят этого слова, для них это перигей.
Ближайший перигей по астрономическому календарю — 14 ноября 2020 года, Луна будет на расстоянии 357 838 километров от Земли, но это будет практически новолуние, и мы это приближение вряд ли заметим. В лучшем случае ущербный тоненький месяц может показаться чуть больше, чем всегда. То есть суперлуние — это когда перигей совпадает с полнолунием. Хотя… чем не «чёрная» суперлуна? Впрочем, полная суперлуна тоже бывает довольно часто — два-три раза в год. В 2021 году для неё назначены следующие даты: 27 апреля («суперское» суперлуние — 357 378 километров от Земли), 26 мая (ещё ближе: 357 309 километров) и 24 июня (примерно 359 тысяч километров).
Суперлуной иногда ошибочно называют явление, никак не связанное с текущим расстоянием спутника от планеты. Дело в том, что низко над горизонтом Луна всегда кажется огромной. Явление называется иллюзией Луны, или лунной иллюзией.
Притом, представьте себе, учёные до сих пор спорят: она кажется больше или она кажется ближе? Более того, на сегодняшний день нет однозначного ответа на главный вопрос: почему так происходит? Дело в том, что по математическим расчётам угловой диаметр Луны у горизонта должен быть как раз чуть меньше, чем в зените. Есть несколько версий, все они как-то связаны с особенностями восприятия зрительной информации нашим мозгом. Одни говорят, у горизонта в поле зрения много земных объектов и рядом с ними Луна воспринимается крупнее, другие считают, что мозг воспринимает небесную сферу как не совсем симметричный купол и в этом вся проблема, третьи — что картинка «впереди» (то есть на горизонте) глазами считывается не так, как «над головой» (в зените).
А на самом деле Луна.
Вообще, это интересный вопрос: а какого, например, цвета Луна на самом деле? С Земли она в основном видится бело-жёлтой, но стоит только нам взять телескоп и посмотреть вооружённым глазом — и мы уже видим холодные серые оттенки. Большинство наблюдателей сходятся на определении «цементный» цвет.
Это приспособление называется гномон. В древности так именовали вертикальный шест, с помощью которого определяли высоту Солнца, — проще говоря, его тень служила стрелкой солнечных часов. В данном случае преследуются несколько иные цели — максимально точно определить размер, положение и цвет объектов на фотографии.
Google-карты не помогут. Как найти на Луне американский флаг
Эту штуку установил экипаж «Аполлона-17» в 1972 году. На снимке отчётливо видно, что поверхность не везде одинакового оттенка — видите рыжеватые тона с правой стороны? В архивах NASA эту фотосессию с тех пор хранят под названием orange soil — «оранжевая почва». Планетологи полагают, что основной убийственный серый цвет обеспечивает Луне покрывающий её слой мельчайшей пыли, а под ней скрывается довольно много бурого.
Источник
Какого цвета может быть луна
Решение о том, что лунный грунт на фотографиях миссий Аполлон (1969-1972) должен быть практически серым, было принято, на мой взгляд, в 1966 году, когда были получены снимки с космического аппарата Сервейер-1. После мягкой посадки на поверхность Луны в июне 1966 года, аппарат Сервейер произвел более 11 000 фотоснимков с помощью черно-белой телекамеры. Большинство из этих снимков послужили (как фрагменты паззла) для составления панорамы окружающего лунного ландшафта. Но определенная часть снимков производилась через цветные светофильтры, чтобы впоследствии на Земле из трех цветоделенных изображений синтезировать одно полноцветное. Но цветоделение, на мой взгляд, было проведено неправильно. Вместо триады фильтров – синий, зеленый и красный – при съемке использовался желто-оранжевый фильтр вместо красного. Это и привело к цветоискажениям, изменившим цвет лунного реголита.
Мы знаем, что согласно легенде, у астронавтов миссии «Аполлон-11» для съемок в цвете была цветная обращаемая фотопленка Эктахром-64 и фотаппарат Хассельблад. Чем будет отличаться цветной снимок лунного реголита, сделанный на обращаемой фотопленке Эктахром от снимка, полученного с помощью синтеза трех цветоделенных черно-белых изображений с аппарата Сервейер?
Три светочувствительных слоя фотопленка Эктахром и телекамера Сервейер, через три цветных фильтра, увидят лунных грунт в разных участках спектра.
Нам известна спектральная характеристика отражения реголита из Моря Спокойствия, куда по легенде прилунился «Аполлон-11» (рис.6).
Нам известна спектральная чувствительность трёх слоев цветной обращаемой фотопленки Эктахром-64. Поскольку вертикальная шкала на графике спектральной светочувствительности логарифмическая, то за границы максимума светочувствительности принимаются участки, где светочувствительность уменьшается вдвое. Разница в одну логарифмическую единицу означает изменение чувствительности в 10 раз, изменение в 2 раза – это 0,3 по вертикальной шкале логарифмов. Выделяем зоны максимальной светочувствительности для каждого из трех слоев фотопленки (от точки максимума — на 0,3 логарифмические единицы вниз влево и вправо). Это будут участки 410-450 нм, 540-480 нм и 640-660 нм (рис.45).
Рис.45. Участки спектра, в которых лунный грунт видит фотопленка Эктахром.
Фотопленка Эктахром будет воспринимать лунный грунт, как если бы он отражал 7,1% в синей зоне, 9,1% в зеленой зоне и 10,3% в красной зоне. Так происходит цветоделение на стадии экспонирования. Иногда эта стадия называется АНАЛИЗОМ. А далее, после проявки фотопленки, в каждом слое пропорционально полученной экспозиции образуется свой краситель. Из трех отдельных красок складывается полноцветное изображение. Эта стадия называется СИНТЕЗ.
В обращаемой фотопленке анализ и синтез изображения происходит внутри эмульсионных слоев пленки. В случае аппарата Сервейор АНАЛИЗ лунного изображения (разложение на три черно-белых цветоделённых изображения) происходит на самой Луне, а СИНТЕЗ изображений происходит на Земле, после поступления и записи телевизионных сигналов с Луны.
Перед объективом телекамеры на Сервейере находится турель со светофильтрами (рис.46), и аппарат производит последовательную съемку сначала через один светофильтр, потом через другой и через третий.
Рис.46. Расположение турели с цветными фильтрами на телекамере аппарата «Сервейе р»
Поскольку зоны пропускания светофильтров Сервейера не совпадают с зонами чувствительности фотопленки, телекамера аппарата Сервейер увидит лунный грунт иначе, в других участках спектра: 430-470нм, 520-570 нм и 570-605 нм. После такой фотосъемки будет создаваться ощущение, что лунный грунт отражает в синей зоне 7,5% света, в зеленой зоне — 8,7% и 9,2% в красной зоне (рис.47).
Рис.47. Участки спектра, в которых лунный грунт увидит телекамера аппарата «Севейер».
Поскольку дальнейшие результаты будут представлены в цифровом виде – в виде картинки в формате *.jpg на экране компьютера, нам необходимо понять, как выглядят на цифровом снимке объекты с теми или иными коэффициентами отражения.
Для этого я изготовил тест – 8 серых полей, которые были отпечатаны на черно-белом лазерном принтере на листе бумаги формата А4 (рис.48). И с помощью денситометра определил их реально получившиеся коэффициенты отражения.
Рис. 48. Измерение тестовых полей на денситометре
Денситометр показывает результаты в виде логарифмических единиц, Белах. Одна логарифмическая единица означает ослабление света в 10 раз. Следовательно, если денситометр показывает значение около единицы (1 Бел), то это поле уменьшает количество отраженного света в 10 раз и перед нами объект с коэффициентом отражения 10% по трем зонам (рис.49). Добавим, что денситометр производит замеры в трех зонах спектра – красной, зеленой и синей. Рядом с буквами R,G,B имеется маленькая буква «r» (reflection)- замер производится в отраженном свете.
Рис.49. Плотность 0,99 Б соответствует коэффициенту отражения 10%.
Самое темное поле на тестовой шкале имело плотность на отражение 1,11 что в переводе на коэффициент отражения означает 7,7%.
Рис.50. Самое тёмное поле тестовой шкалы
Одно из полей по коэффициенту отражения оказалось близким к 18% -17,8% (рис.51).
Рис.51. Определены коэффициенты отражения всех полей тестовой шкалы.
Как мы знаем, в откалиброванном изображении с глубиной цвета 8 бит такое 18%-ное серое поле в пространстве s-RGB должно иметь значение яркости 116-118 единиц.
По желанию я могу в графическом редакторе немного высветлить или затемнить снимок, но если я веду речь о точной репродукции, то серое поле с коэффициентом отражения 18% должно иметь указанные выше значения. (На всякий случай — черная футболка отражает 2,5% света. — Рис.52)
Рис.52. Снимок отнормирован по 18%-ному серому полю
И вот ТОЛЬКО ТЕПЕРЬ мы можем сказать, как будут выглядеть на 8-битном фотоснимке объекты с тем или иным коэффициентом отражения. Левый столбик — коэффициент отражения при съемке, справа — яркость объекта в графическом редакторе на компьютере.
Мне особенно хочется подчеркнуть важность этого соотношения — какой яркостью передаётся на мониторе компьютера тот или иной объект отснятый объект. Мне приходилось видеть статьи, где авторы полагали, что лунный реголит близок по коэффициенту отражения к чернозёму, и поэтому «лунные» снимки миссий Аполлон должны выглядеть очень тёмными. При этом авторы приводили «откорректированные» в соответствии со своими представлениями снимки, в которых реголит становился совсем чёрным. Это неправильный подход. Чернозём отражает около 2-3% света, реголит же заметно светлее, это 8-10% отражения. В ключевом освещении (в солнечный день) и при правильной экспозиции реголит должен на оцифрованных снимках (в 8-битном режиме) иметь значения яркости от 60 до 80.
Попробуем теперь сымитировать в графическом редакторе цветность лунного грунта – то, как его увидит цветная обращаемая фотопленка и то, как его увидела телекамера Сервейера.
Переведем полученные нами выше ЗОНАЛЬНЫЕ коэффициенты отражения лунного грунта в значения цифровой яркости. Телекамера Сервейера через цветные фильтры отобразила лунный грунт как объект, имеющий коэффициенты отражения 7,5% в синей зоне, 8,7% в зеленой и 9,2% в красной (рис.47). Поскольку у нас есть таблица соответствий между коэффициентом отражения объекта и его цифровой яркостью на снимке, переведём методом интерполирования полученные проценты отражения в значения, удобные для графического редактора.
7,5% отражения соответствуют 58 единицам яркости в 8-битном цифровом изображении, 8,7% — это 69 единиц, а 9,2% — это 74.
Для фотопленки Эктахром мы получили зональные значения коэффициента отражения лунного грунта как 7,1% в синей зоне, 9,1% в зеленой и 10,3% в красной рис.45). Это будет соответствовать цифровым значениям яркости: B=55, G=73 и R=85. Эти числа можно увидеть на рис.53 слева внизу.
Рис.53. Два квадратика показывают, на сколько изменился цвет лунной поверхности, когда вместо цветной обращаемой фотопленки мы стали снимать реголит телекамерой Сервейера.
Итак, мы видим, что замена красного съемочного фильтра на жёлто-оранжевый привела к тому, что снимаемый объект (реголит) потерял свою насыщенность, стал почти серым.
Рис.55. Первые снимки лунной поверхности, сделанные китайским луноходом в 2013 году.
А вот на следующем снимке цветность лунного грунта передана гораздо точнее (рис.56). Чтобы вы могли понять, насколько этот цвет отличается от серого, мы обесцветили в правой части снимка вертикальную полосу.
Рис.56. Китайский луноход на Луне. Вертикальная полоса справа нами обесцвечена специально .
Опираясь на графики спектрального отражения различных участков лунного грунта, опубликованные в сборнике «Лунный грунт из моря Изобилия», мы подобрали цвета этих участков. Лунные моря немного отличаются по цвету, но все они — коричневые (рис.57).
Рис.57. Цвает различных районов Луны.
Рис. 57. «Сервейер» на Земле.
Пример таких цветоделенных черно-белых изображений можно найти в Техническом отчете №32-7023 по Сервейеру за сентябрь 1966 года (L. D. Jaffe, E. M. Shoemaker, S. E. Dwornik et al. NASA Technical Report No. 32-7023. Surveyor I Mission Report, Part II. Scientific Data and Results. Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, California, September 10, 1966). Именно из этого отчёта нам взяты черно-белые цветоделённые фотографии.
Рис.58. Черно-белые снимки, сделанные «Сервейе ром-1» через цветные фильтры: оранжевый (х), зеленый (у) и сний (z).
Синтез цветного изображения производится общепринятым способом, как это делается, например, в полиграфии: каждое частичное чёрно-белое изображение прокрашивается в свой цвет — соответственно голубой, пурпурный и желтый (это — стандартная триада красок для субтрактивного синтеза), и все три краски сводятся вместе (рис.59).
Рис.59. Получение в полиграфии полноцветного изображения из трёх однокрасочных.
Рис.60. Синтез полноцветного изображения из трёх однокрасочных. Исходные изображения взяты из Технического отчёта по Сервейеру.
А вот как аналогичный снимок выглядит на сайте НАСА (рис.61). Кадр снят Серейером-3 в апреле 1967 года, т.е. примерно через год после посадки Сервейера-1. По-видимому, это один из первых цветных снимков лунного грунта вблизи. Реголит кажется почти совсем серым.
Рис.61. Опора аппарата «Сервейер-3» вместе с калибровочной шкалой (цветовой мишенью). Фото НАСА.
Здесь также производилась съемка черно-белой телекамерой через три цветных фильтра, а затем эти изображения (рис.62) по радиолинии передавались на Землю.
Рис.62. Черно-белые снимки опоры Сервейера-3 на Луне, полученные через цветные фильтры. Обратите внимание на изменение тональности секторов в центре цветовой мишени.
Стадия синтеза изображения производилась на Земле — совмещались три однокрасочных изображения (рис.63).
Рис.63. Однокрасочные изображения перед началом синтеза.
Возможно, вам покажется несколько архаичным такой способ получения цветного изображения. Но, по сути дела, все современные цифровые фотоаппараты и видеокамеры работают точно по такому же принципу. Светочувствительная матрица сама по себе чёрно-белая, но перед ней стоят три цветных фильтра — синий, зеленый и красный (в случае 3 ССD), или, если матрица одна, то перед ней расположен цветной растр из с-з-к элементов (фильтр Байера). АНАЛИЗ изображения — распределение большого количества цветных оттенков на три составляющие (R,G,B) — производится во время съемки, а СИНТЕЗ изображения, восстановление изображения из составляющих элементов, например, печать на цветном принтере, производится с помощью трех красок: желтой, пурпурной и голубой (CMYK).
В интернете появился график спектрального отражения лунного грунта Моря Дождей, полученный китайским луноходом (рис.64):
Рис.64. Кривая спектрального отражения на месте посадки китайского лунохода
Попробуем сравнить этот график на участке видимого диапазона (от 400 до 700 нм) с кривыми отражения лунного грунта Моря Изобилия (Луна-16) и Моря Спокойствия. Мы увидим, что грунт Моря Дождей в том месте, где сел китайский луноход, оказывается заметно темнее (рис.65), чем грунт на месте посадки Луны-16:
Рис.65. Море Дождей — более темный участок, чем Море Изобилия, коэффициент отражения ниже.
К сожалению, китайский график начинается от 450 нм, но это не мешает сделать вывод, что грунт не является серым — линия отражения постепенно поднимается по мере смещения к длинноволновой части спектра. Грунт визуально должен быть темно-коричневым. На что он похож?
Мы сравнили кривую спектрального отражения лунного грунта с некоторыми объектами (рис.67), а именно:
— с коричневым портфелем,
— с тёмно-коричневой шляпой (рис.66),
— с коркой ржаного хлеба,
— с хлебом бурже (рис.69),
— с листом черной упаковочной бумаги (рис.68).
Рис.66. Коричневый портфель и тёмно-коричневая шляпа, в самом низу — полоска чёрной бумаги.
Рис. 67. Графики спектрального отражения портфеля, шляпы и лунного грунта
Рис.68. Черная бумага отражает примерно 3,5% света, она заметно светлее чёрного бархата.
Рис.69. Ржаной хлеб
Вот что получилось в результате сравнения (рис.70):
Рис.70. Сравнение спектральных кривых отражения ржаного хлеба и лунного грунта из Моря Дождей
Наиболее близкий цвет оказался у шляпы. Другими словами, лунный грунт в Море Дождей визуально похож на цвет тёмно-коричневой кожаной шляпы и немного светлее верхней корки ржаного хлеба. При этом лунный грунт в Море Дождей, на месте посадки китайского лунохода, оказался заметно темнее участка Моря Изобилия (рис.71), куда прилунилась Луна-16 в сентябре 1970 года.
Рис.71. Лунные моря. Красными точками отмечены места посадки лунохода Юй-Ту (Китай) в Море Дождей и АМС Луна-16 (СССР) в Море Изобилия.
Грунт на месте посадки китайского лунохода Юй-Ту (Нефритовый заяц) оказался очень тёмным (рис.72)
Рис.72. Место посадки китайской автоматической межпланетной станции «Чанъэ-3» с луноходом. Теперь лунную поверхность изображают коричневыми цветами.
Итак.
С помощью объективной характеристики цвета — спектральной кривой отражения лунного грунта и спектрофотометра — мы подобрали объекты, которые визуально похожи на цвет лунного реголита. Затем цвет различных участков Луны (Моря Изобилия, Моря Спокойствия, Океана Бурь) воспроизвели на экране компьютера в виде цветных квадратиков, с соблюдением всех условий психологически правильной цветопередачи. Таким способом мы показали, каким по цвету должен получаться лунный грунт на фотоплёнках Эктахром: все участки должны быть тёмно-коричневыми. Цветная обращаемая фотоплёнка Эктахром была использована, согласно легенде, во время пребывания американских астронавтов на Луне. То, что цвет лунного грунта на подавляющем большинстве американских снимков в миссиях «Аполлон» (1969-72 гг.) выглядит совершенно серым (при наличии цветных объектов в кадре), свидетельствует о том, что эти снимки были сделаны не на Луне. В статье разъясняется причина, почему на основе первых снимков лунной поверхности с близкого расстояния, полученных с помощью автоматических станций «Сервейер» в 1966-67 гг., был сделан неправильный вывод о цвете поверхности Луны. Причиной явилось неправильное цветоделение из-за неверной триады цветных фильтров (вместо красного фильтра использовался жёлто-оранжевый). Именно из-за неправильно подобранной триады фильтров цвет реголита потерял насыщенность и стал почти серым. Это повлекло за собой ошибочное решение о том, что делать песок в павильоне, для имитации лунной поверхности, следует серо-пепельным (рис.73).
Рис.73. Лунный кадр из миссии «Аполлон-17» (1972 г.) с совершенно серым песком.
Источник