Большая ВселеннаяПепельный свет Луны. Kvant

Пепельный свет Луны

Пепельный свет Луны - явление, когда мы видим Луну целиком, хотя Солнцем освещена только её часть. При этом неосвещённая прямым солнечным светом часть поверхности Луны имеет характерный пепельный цвет.

Наблюдается незадолго до и вскоре после новолуния (в начале первой четверти и в конце последней четверти фаз Луны).

Свечение неосвещённой прямым солнечным светом поверхности Луны образуется солнечным светом, рассеянным Землёй, а затем вторично отражённым Луной на Землю. Таким образом, маршрут фотонов пепельного света Луны таков: Солнце -> Земля -> Луна -> глаз наблюдателя на Земле.

Яркий серп - часть, напрямую освещённая Солнцем. Остальная часть Луны освещена светом, отражённым от Земли.

Пепельный свет Луны

Причина этого явления хорошо известна со времен Леонардо да Винчи и Местлина , учителя Кеплера , впервые давших верное объяснение пепельному свету. Объяснение Местлина было опубликовано в 1604 году в сочинении Кеплера «Astronomiae pars optica», объяснение же Леонардо да Винчи, данное на сто лет раньше, было найдено в его рукописях.

Впервые инструментальные сравнения яркости пепельного света и серпа Луны были произведены в 1850 году французскими астрономами Араго и Ложье .

Фотографические исследования пепельного света Луны в Пулковской обсерватории, выполненые Г. А. Тиховым , привели его к выводу, что Земля с Луны должна выглядеть как диск голубоватого цвета, что и подтвердилось в 1969 году . Он считал важным вести систематические наблюдения пепельного света. Наблюдения за пепельным светом Луны позволяют судить об изменении климата Земли .

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Пепельный свет Луны" в других словарях:

Слабое свечение неосвещенной Солнцем части лунной поверхности, обращенной к Земле (за счет солнечного света, отраженного сначала Землей, а затем Луной) … Большой Энциклопедический словарь

Слабое свечение не освещённой Солнцем части лунной поверхности, обращённой к Земле (за счёт солнечного света, отражённого сначала Землёй, а затем Луной). * * * ПЕПЕЛЬНЫЙ СВЕТ ЛУНЫ ПЕПЕЛЬНЫЙ СВЕТ ЛУНЫ, слабое свечение неосвещенной Солнцем части… … Энциклопедический словарь

Слабое освещение ее лучами Солнца, отраженными от Земли. В течение нескольких дней до и после новолуния (когда Земля обращена своей освещенной частью к Луне) рядом с ярким серпом можно различить весь диск Луны. Первый объяснил это явление… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Слабое свечение части видимого диска Луны, не освещенной прямыми солнечными лучами; наблюдается около новолуний, когда Луна имеет вид узкого серпа. П. с. Л. обусловлен отражением солнечных лучей от Земли, которая в это время обращена к… … Большая советская энциклопедия

Слабое свечение темной части Луны, вызванное светом Земли … Астрономический словарь

Слабое свечение не освещённой Солнцем части лунной поверхности, обращённой к Земле (за счёт солнечного света, отражённого сначала Землёй, а затем Луной) … Естествознание. Энциклопедический словарь

ПЕПЕЛЬНЫЙ, пепельная, пепельное. 1. прил. к пепел (редк.). Пепельная масса. 2. Седовато серый, дымчатый (о цвете). Пепельный цвет волос. Пепельные волосы. «Свет свечей, дрожащие лица гостей показались ему пепельными.» А.Н.Толстой. Пепельный свет… … Толковый словарь Ушакова

Севастопольский проспект в Москве сразу после захода Солнца. Вдалеке можно разглядеть тонкий серп молодого месяца, который показывает своей выгнутой стороной на Солнце, которое уже скрылось за горизонтом. Через короткое время под горизонт уйдёт и … Википедия

ФАЗЫ ЛУНЫ - (применимо также к Меркурию и Венере). Возрастание начинается незадолго до новолуния и продолжается после него; в первой четверти видная половина лунного диска; в полнолуние Земля и Луна находятся на одной линии с Солнцем, и виден весь диск Луны … Астрологическая энциклопедия

Часто авторы фантастических романов или рассказов пишут о Земле, увиденной отважными путешественниками на Луну. И обычно родная Земля предстает перед ними зеленым диском. Так ли это на самом деле? Можно ли определить с Земли цвет нашей планеты, узнать, какой видели бы ее люди, попавшие на Луну?

Оказывается, можно. Для этого нужно изучить цвет пепельного света Луны, то есть цвет того слабого света, которым светится вся Луна, когда ее яркая часть имеет вид узкого серпа.

Этот вопрос заинтересовал меня потому, что пепельный свет происходит от освещения Луны Землею. Дело в том, что отсутствие атмосферы вокруг Луны дает неискаженное отражение света Земли. Следовательно, изучая цвет пепельного света, мы тем самым определяем цвет Земли, как он виден с Луны.

Цвет яркого серпа Луны - это цвет Солнца, измененный отражательными свойствами лунной поверхности. Цвет пепельного света - цвет Земли, также измененный Лунной поверхностью. Сравнивая цвет пепельного света с цветом яркого серпа, мы тем самым сравниваем цвет Земли, видимой с Луны, с цветом Солнца, видимым оттуда же.

Для решения этого вопроса я фотографировал при помощи бредихинского астрографа яркий серп Луны и пепельный свет Луны в разных участках спектра - от красных лучей до начала ультрафиолетовых. Для этого применялись разные сорта фотопластинок и разные светофильтры.

Чтобы получить одинаковую плотность от пепельного света и серпа, приходилось пользоваться разными диафрагмами и весьма различными выдержками: от 5 до 20 минут для пепельного света и несколькими секундами - для яркого серпа.

Мне удалось разделить свет Земли на две части: свет, отраженный облаками и вообще крупными частицами, и свет, рассеянный самим воздухом и мелкими частицами. Оказалось, что рассеянный свет играет весьма значительную роль в свете, посылаемом Землей в пространство. Он мало заметен в красных лучах, зато в фиолетовых значительно превосходит свет, отраженный облаками. Обе части земного света равны друг другу в синих лучах.

Таким образом, цвет Земли представляет собой смесь нормальной сапфирности неба со значительным количеством белого света. Иными словами. Земля, видимая с Луны, имеет цвет сильно белесоватого неба. Если бы мы посмотрели на Землю из пространства, то увидели бы диск бледновато-голубого цвета и едва ли различили бы какие-либо подробности на самой земной поверхности.

Громадная часть падающего на Землю солнечного света успевает рассеяться атмосферой и всеми ее примесями раньше, чем дойдет до поверхности Земли. А то, что отражается самой поверхностью, успеет опять-таки сильно ослабеть вследствие нового рассеяния в атмосфере.

Если меняется отражательная способность атмосферы в целом, то должны меняться яркость и цвет пепельного света. Отражательная способность атмосферы зависит от облачности неба, прозрачности воздуха и от других местных причин. Эти изменения в разных местах могут взаимно уравновешивать друг друга, но, несомненно, не всегда.

Бывают длительные промежутки необыкновенной облачности или ясности, которые захватывают громадные пространства земной поверхности. А иногда и вся атмосфера загрязняется вулканической пылью, вызывающей особенно яркие зори.

Все это изменяет отражательную способность нашей атмосферы и влияет на яркость и цвет пепельного света Луны. Вот почему большой интерес представляют систематические наблюдения пепельного света.

Луна постоянно меняет свой облик: то она круглая, то в виде серпа (ущербная) и т.д. Именно поэтому к ней применимы слова «рождается», «растет» - как к живому существу. Оттого мифов и легенд о Луне существует множество. Но уже древ­ние ученые знали, в чем действительная причина изменения «внешности» Луны. Дело в том, что Луна своего собственного света не излучает. Она сияет на небе за чужой счет, отражая к нам лучи Солнца.

Мы видим, что Луна появляется на небе не только ночью, но часто и днем. Тогда она кажется бело­ватым пятнышком на голубом фоне неба. Ночью Луна кажется очень яркой только потому, что вокруг темно, а ее поверх­ность залита сильным солнечным светом.

И форма Луны, конечно же, всегда одинаковая – круглая. Изменение ее формы – только кажущееся, как и ее свет. Солнце освещает только одну половину лунного шара - ту, которая к нему обращена. На этом полушарии Луны день. На другую поло­вину Луны солнечные лучи не попадают, там ночь, потому эту неосвещенную часть диска нам не видно. Таким образом, меняет­ся только расположение света и темноты на обращенном к нам полушарии Луны. Луна отражает только 7 % падающего на неё солнечного света. Так как Луна не светится сама, а лишь отражает солнечный свет, с Земли видна только освещённая Солнцем часть лунной поверхности.

Это видно, когда Луна имеет вид узкого серпа. В этом случае удается рассмотреть и осталь­ную, темную часть диска. Она слабо светится на фоне неба за счет так называемого пепель­ного света .

Откуда же этот свет там берется? От Земли. Ведь наша планета, получая солнеч­ный свет и отражая его от себя, при известных условиях довольно сильно освещает ночную сторону лунного шара. Пепельный свет Луны - слабое освещение её лучами Солнца, отражёнными от Земли. Луна обращается по орбите вокруг Земли, и тем самым угол между Землёй, Луной и Солнцем изменяется; мы наблюдаем это явление как цикл лунных фаз.

Луна по своему пути вокруг Земли освещается Солнцем, она сама не светится.

Последовательное изменение видимой Луны на небе.

Луна проходит следующие фазы освещения:

• новолуние - состояние, когда Луна не видна (состояние 1 на рисунке)
• Неомения - первое появление Луны на небе после новолуния в виде узкого серпа
• первая четверть - состояние, когда освещена половина Луны (состояние 3 на рисунке)
• полнолуние - состояние, когда освещена вся Луна целиком (состояние 5 на рисунке)
• последняя четверть - состояние, когда снова освещена половина луны (состояние 7 на рисунке).

Таким образом, когда мы видим «молодую» Луну с вогнутой и выпуклойстороной, то должны понимать, что ее выпуклая часть – это действительно край лунного полушария, а вот вогнутая сторона – это не граница полушария, а только граница его освещенной и неосвещенной частей. Линию, разделяющую эти две части Луны (освещенную и неосвещенную), называют терминатор .Терминатор постепенно перемещается по диску Луны, в этом и состоит явление смены лунных фаз.

Итак, Луна светит отраженным солнечным светом, и если бы Солнце вдруг перестало светить, то погасла бы и Луна. Но Солнце светит всегда, а Луна во время лунных затмений гаснет.

Первым около 1508 г. правильно объяснил, почему растущая Луна вечером видна целиком и почему её большая часть пепельного цвета, Леонардо да Винчи. Дело в том, что эта часть Луны вечером освещена светом, отражённым от Земли. Леонардо показал, что Луна вообще не светит сама, как думали прежде.

«Некоторые полагали, что Луна имеет некоторое количество собственного света. Такое мнение ложно, ибо они основывали его на той светлоте, которая видна между рогами растущей Луны... Такая светлота порождается в это время от нашего Океана и внутренних морей, которые освещаются уже зашедшим Солнцем» («Лестерский кодекс»).

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 S 0 = 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 \(~S_1 = \frac{F_Z}{2 \pi a^2_L}\), где a L - расстояние от Земли до Луны, а полная мощность пепельного света Луны будет равна

\(~F_{LZ} = A_L S_1 \pi R^2_L = \frac{A_L A_Z S_0 \pi R^2_Z R^2_L}{2 a^2_L}\) .

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

\(~\frac{F_{LZ}}{F_L} = A_Z \frac{R^2_Z}{2 a^2_L} = \frac{1}{24000}\) .

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 (\(~A_L \frac{R^2_L}{2 a^2_L}\)) 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.