Свечение от луны до земли

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

Завтра наступает полное лунное затмение, и оно действительно особенное

Первое лунное затмение 2021 года произойдет рано утром 26 мая. Но это будет особенное событие, так как лунное затмение и кровавая Луна возникнут одновременно. Итак, что же все это значит?

Что такое Суперлуна?

Суперлуна наступает, когда полнолуние или новолуние совпадает с максимальным приближением Луны к Земле.

Орбита Луны вокруг Земли не идеально круглая. Это означает, что расстояние от Луны до Земли меняется по мере ее обхода вокруг планеты. Ближайшая точка орбиты, называемая перигеем, находится примерно на 45 000 километров ближе к Земле, чем самая дальняя точка орбиты. Полнолуние, которое происходит около перигея, называется суперлуной.

Луна кажется на 12 процентов больше, когда она находится ближе всего к Земле, по сравнению с тем, когда она находится дальше всего. (Tomruen / WikimediaCommons / CC BY-SA)

Так почему суперлуние? Относительно близкое расположение Луны заставляет ее казаться немного больше и ярче, чем обычно, хотя разницу между суперлуной и нормальной луной обычно трудно заметить, если только вы не смотрите на две фотографии рядом.

Орбита Луны — не идеальный круг. (Fassbind / Wikimedia Commons)

Почему происходит лунное затмение?

Лунное затмение происходит, когда тень Земли покрывает всю или часть Луны. Это может произойти только во время полнолуния, поэтому сначала нужно выяснить, что такое полнолуние.

Как и Земля, половина Луны освещена солнцем в любой момент времени. Полнолуние бывает, когда Луна и Солнце находятся на противоположных сторонах Земли. Это позволяет увидеть всю освещенную сторону, которая в ночном небе выглядит как круглый диск.

Если бы Луна имела полностью плоскую орбиту, каждое полнолуние было бы лунным затмением. Но орбита Луны наклонена примерно на 5 градусов относительно орбиты Земли. Таким образом, большую часть времени полная луна оказывается немного выше или ниже тени, отбрасываемой Землей.

Но дважды на каждой лунной орбите Луна оказывается в одной горизонтальной плоскости с Землей и Солнцем. Если это соответствует полнолунию, Солнце, Земля и Луна образуют прямую линию, а Луна проходит сквозь тень Земли. Это приводит к полному лунному затмению.

Чтобы увидеть лунное затмение, нужно находиться на ночной стороне Земли, пока Луна проходит сквозь тень. Лучшее место, чтобы увидеть затмение 26 мая 2021 года, будет середина Тихого океана, Австралия, восточное побережье Азии и западное побережье Америки.

Фазы Луны соответствуют тому, сколько освещенной стороны вы можете видеть с Земли. (Орион 8 / WikimediaCommons / CC BY-SA)

Почему Луна выглядит красной?

Когда Луна полностью покрывается тенью Земли, она потемнеет, но не станет полностью черной. Вместо этого наш спутник окрашивается в красный цвет, поэтому полные лунные затмения иногда называют красными или кровавыми лунами.

Солнечный свет содержит все цвета видимого света. Частицы газа, составляющие атмосферу Земли, с большей вероятностью будут рассеивать синие волны света, в то время как красные волны проходят сквозь них. Это называется рассеянием Рэлея, и именно поэтому небо голубое, а рассветы и закаты часто красные.

Атмосфера Земли придает Луне кроваво-красное свечение во время полных лунных затмений. (Ирвин Каликут / WikimediaCommons / CC BY-SA)

В случае лунного затмения красный свет может проходить через атмосферу Земли и преломляться — или изгибаться — в сторону Луны, в то время как синий свет отфильтровывается. Это делает Луну бледно-красноватого оттенка во время затмения.

Надеюсь, вы сможете увидеть это суперлунное затмение. Теперь вы будете точно знать, что делает такое зрелище особенным.

Шеннон Шмолл, директор планетария Абрамса, факультет физики и астрономии, Университет штата Мичиган.

Источники: Фото: NASA/JPL-Caltech

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