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 AZ = 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 AL = 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 RL — 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
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
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
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
Почему Луна отражает так мало Солнечного света?
Все мы наверное любуемся полнолунием, когда нам позволяет это сделать безоблачная погода. Но знаете ли вы, что будь вместо Луны другой спутник, то полнолуние могло бы быть в разы светлее.
Наша Луна на самом деле очень тусклая и отражает примерно 13 процентов солнечного света. Есть такой интересный факт, что если обмотать Луну в фольгу, то она станет в 8 раз ярче. Правда даже если представить такой эксперимент, то неизвестно какими последствиями это может обернуться для нашей планеты.
Так о чем это мы. Почему Луна отражает так мало света?
Яркость космических объектов, которые сами не излучают свет, а только его отражают, зависит от состава поверхности, атмосферы и от дальности расположения от источника света, в нашем случае это расстояние от Солнца. Так например планета TrES-2b отражает менее 1% звездного света, она темнее самого черного угля, который отражает около 4% света.
Все это из-за натрия, калия и оксида титана, которые входят в состав атмосферы TrES-2b. Но у Луны же слишком разряженная атмосфера, но отражательная способность (альбедо) все равно маленькая, почему?
Все дело в составе ее поверхности. Она поглощает примерно 87 % света. Поверхность Луны можно сравнить с ржавым рельсом. Например спутник Сатурна — Энцелад, отражает почти 100% падающего на него света из-за того, что он покрыт льдом. Благодаря этому Энцелад был открыт уже в 18 веке.
Если я в чем-то ошибся в этой статье, то напиши пожалуйста об этом в комментариях. Спасибо за внимание и с Новым годом! 🙂
Источник
Луна против законов физики
Каким загадочным образом, Луна преломляет свет и направляет его точно вам в глаз?
Для начала, давайте вспомним второй закон оптики:
Второй закон геометрической оптики (Законы отражения):
1. Отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред.
2. Угол падения равен углу отражения (см. Рис. 1).
Именно так юных художников учат рисовать освешенную сферу, где есть блик, полутень, рефлекс.
Эти простые правила, позволяют изобразить на плоскости объемный предмет.
Совершенно естественно выглядят фотографии планет солнечной системы:
Юпитер: 
Сатурн: 
Уран: 
Нептун: 
А теперь посмотрите на полную Луну:
Самая очевидная и наглядная оптическая аномалия Луны видна всем землянам невооруженным взглядом,
поэтому остаётся только удивляться тому, что практически никто на это не обращает внимания.
Посмотрите, как выглядит Луна в чистом ночном небе в моменты полнолуния? Она выглядит, как плоское круглое тело (например, монета), но не как шар!
Шарообразное тело с довольно существенными неровностями на своей поверхности в случае его освещения источником света,
находящегося сзади от наблюдателя, должно в наибольшей степени отсвечивать ближе к своему центру,
а по мере приближения к краю шара светимость должна плавно уменьшаться.
В силу непонятных для официальной физики причин лучи света, попадающие в край лунного шара, отражаются… назад к Солнцу, отчего мы видим Луну в полнолуние как некую монету, но не как шар.
Ещё большую сумятицу в умы вносит не менее очевидная наблюдаемая вещь – постоянное значение уровня светимости освещённых участков Луны для наблюдателя с Земли.
Проще говоря, если предположить, что у Луны имеется некое свойство направленного рассеяния света, то приходится признать, что отражение света меняет свой угол в зависимости от положения системы Солнце-Земля-Луна. Никто не сможет оспорить тот факт, что даже узкий серп молодой Луны даёт светимость точно такую же, как и соответствующий ему по площади центральный участок половинной Луны. А это означает, что Луна каким-то образом управляет углом отражения солнечных лучей, чтобы они всегда
отражались от её поверхности именно к Земле!
Но когда наступает полнолуние, светимость Луны скачкообразно увеличивается. Это означает, что поверхность Луны удивительным образом расщепляет отраженный свет на два основных направления – к Солнцу и Земле. Отсюда следует другой ошеломительный вывод о том, что Луна является практически невидимой для наблюдателя из космоса, который находится не на прямых отрезках Земля-Луна или Солне-Луна. Кому и зачем понадобилось прятать Луну в космосе в оптическом диапазоне?…
Чтобы понять, в чём прикол, в советских лабораториях потратили уйму времени на оптические эксперименты с лунным грунтом, доставленным на Землю автоматическими аппаратами «Луна-16», «Луна-20» и «Луна-24». Однако, параметры отражения света, в том числе солнечного, от лунного грунта вполне вписывались во все известные каноны оптики. Лунный грунт на Земле вовсе не хотел показывать тех чудес, которые мы видим на Луне. Выходит, что материалы на Луне и на Земле ведут себя по-разному?
Вполне возможно. Ведь неокисляемую плёнку толщиной в несколько атомов железа на поверхности любых предметов, насколько мне известно, в земных лабораториях так до сих пор и не удалось получить…
Масла в огонь подлили фотографии с Луны, переданные советскими и американскими автоматами, которые удалось посадить на её поверхность. Представьте себе удивление тогдашних учёных, когда все фотографии на Луне получались строго чёрно-белые – без единого намёка на такой привычный для нас радужный спектр.
Если бы фотографировался только лунный пейзаж, равномерно усыпанный пылью от взрывов метеоритов, это ещё как-то можно было бы понять. Но чёрно-белой получалась даже калибровочная цветная пластинка на корпусе посадочного аппарата! Любой цвет на поверхности Луны превращается в соответствующую градацию серого, что беспристрастно фиксируют все фотографии поверхности Луны, передаваемые автоматическими аппаратами разных поколений и миссий по сегодняшний день.
Теперь представьте, в какой глубокой… луже сидят американцы с их бело-сине-красными звёздно-полосатыми флагами, якобы сфотографированными на поверхности Луны доблестными астронавтами-«первопроходимцами». Скажите, вы бы на их месте сильно старались возобновить исследования Луны и попасть на её поверхность хоть с помощью какого-нибудь «пендосохода», зная, что изображения или видеоролики получатся только черно-белыми?
Разве что оперативно их раскрашивать, как старые фильмы… Но, чёрт возьми, в какие цвета красить куски скал, местные камни или крутые склоны гор .
Кстати говоря, очень похожие проблемы поджидали НАСА и на Марсе. Всем исследователям уже наверняка набила оскомину мутная история с несоответствием цветов, точнее говоря, с явным сдвигом всего марсианского видимого спектра на его поверхности в красную сторону. Когда работников НАСА подозревают в намеренном искажении изображений с Марса (якобы скрывающих голубое небо, зелёные ковры лужаек, синеву озёр, ползающих местных жителей…), я призываю вспомнить Луну…
Подумайте, может на разных планетах просто действуют разные физические законы? Тогда очень многое сразу встаёт на свои места!
Но вернёмся пока к Луне. Давайте закончим с перечнем оптических аномалий, а потом примемся за следующие разделы Лунных чудес.
Луч света, проходящий вблизи поверхности Луны, получает существенные разбросы по направлению, из-за чего современная астрономия не может даже вычислить время, потребное для покрытия звёзд телом Луны. Никаких идей, почему такое происходит, официальная наука не высказывает, кроме отвязно-бредовых в стиле электростатических причин перемещения лунной пыли на больших высотах над её поверхностью или деятельности неких лунных вулканов, как нарочно выбрасывающих преломляющую
свет пыль точно в том месте, где ведётся наблюдение за данной звездой. А так, вообще-то, лунных вулканов пока никто не наблюдал.
Как известно, земная наука умеет собрать информацию о химическом составе удалённых небесных тел за счет изучения молекулярных спектров излучения-поглощения. Так вот, для самого близкого к Земле небесного тела – Луны – такой способ определения химического состава поверхности не проходит!
Лунный спектр практически лишен полос, могущих дать информацию о составе Луны. Единственная достоверная информация о химическом составе лунного реголита получена, как известно, при изучении проб, взятых советскими «Лунами». Но даже теперь, когда есть возможность сканировать поверхность Луны с низкой окололунной орбиты с помощью автоматических аппаратов, сообщения о нахождении той или иной химической субстанции на её поверхности носят крайне противоречивый характер.
Даже по Марсу – и то информации значительно больше.
И ещё об одной удивительной оптической особенности поверхности Луны. Это свойство является следствием уникального обратного рассеяния света, с которого я начал рассказ об оптических аномалиях Луны. Итак, практически весь падающий на Луну свет отражается в сторону Солнца и Земли. Давайте вспомним, что ночью при соответствующих условиях мы можем прекрасно видеть неосвещённую Солнцем часть Луны, которая в принципе должна быть совершенно чёрной, если бы не… вторичное освещение Земли! Земля, будучи освещаемой Солнцем, отражает часть солнечного света в сторону Луны. И весь этот свет, который освещает теневую часть Луны, возвращается назад на Землю! Отсюда совершенно логично предположить, что на поверхности Луны, даже на освещённой Солнцем стороне, всё время царят сумерки. Данная догадка великолепно подтверждается фотографиями лунной поверхности, сделанными советскими луноходами. Посмотрите при случае на них внимательно; на все, которые удастся добыть. Они сделаны при прямом солнечном освещении без влияния искажений атмосферы, но выглядят так, как будто в земных сумерках подтянули контрастность чёрно-белой картинки.
В таких условиях тени от предметов на поверхности Луны должны быть абсолютно чёрными, подсвечиваемые только ближайшими звёздами и планетами, уровень освещения от которых на много порядков ниже от солнечного. Это означает, что увидеть предмет, находящийся на Луне в тени, не представляется возможным с помощью любых известных оптических средств.
Для подведения краткого итога оптическим феноменам Луны предоставим слово независимому исследователю А.А.Гришаеву, автору книги о «цифровом» физическом мире, который, развивая свои идеи, в очередной статье указывает:
«Учёт факта наличия этих феноменов предоставляет новые, убийственные аргументы в поддержку тех, кто считает подделками кино- и фотоматериалы, которые якобы свидетельствуют о пребывании американских астронавтов на поверхности Луны. Ведь мы даём ключи для проведения простейшей и беспощадной независимой экспертизы. Если нам демонстрируют на фоне залитых солнечным светом (!) лунных пейзажей астронавтов, на скафандрах которых нет чёрных теней с противосолнечной стороны, или неплохо освещённую фигуру астронавта в тени «лунного модуля», или цветные (!) кадры с колоритной передачей цветов американского флага – то это всё неопровержимые улики, кричащие о фальсификации. Фактически, нам не известно ни одного кино- или фотодокумента, изображающего астронавтов на Луне при настоящем лунном освещении и с настоящей лунной цветовой «палитрой».
Лунную экспедицию Аполло 16 «пересняли» в качестве HD:
Источник