Dlaczego księżyc nie migocze?

Gwiazdy migoczą, ponieważ ich światło musi przecisnąć się przez kilka różnych warstw ziemskiej atmosfery. Dlaczego więc księżyc też nie miga?

the-moon light atmosphere

— Ricky
źródło

Jeśli spojrzysz na księżyc przez teleskop w nocy, gdy gwiazdy migoczą źle, zobaczysz kręcące się małe kratery. Wiatr w atmosferze powoduje, że migoczą jak gwiazdy. Bez magii widać to bardzo dobrze, ponieważ każde migotanie jest otoczone jasną księżycową powierzchnią, a nie czernią przestrzeni.

— Wayfaring Stranger

W przeciwieństwie do mojej odpowiedzi, sites.google.com/site/fresnel4twinkle sugeruje, że zjawisko jest słabo poznane, a obecne popularne wyjaśnienie jest nieprawidłowe

— Danikov

Kiedy uczyłem się astronomii, powiedziano mi coś w rodzaju „zasady”, że „gwiazdy migoczą, planety (i inne ciała) świecą”. Tak więc, jeśli wszystkie gwiazdy migoczą, ale jest czerwona, która nie jest, to byłby Mars. To prawda, widziałem, jak Saturn miga, gdy widzenie jest słabe, więc nie zawsze jest to w 100% prawidłowe, ale może być przydatne przez dłuższy czas.

— coblr

Odpowiedzi:

Pierwsza garść trafień w Google faktycznie zwraca niekompletne, a nawet błędne odpowiedzi (np. „Ponieważ Księżyc jest znacznie jaśniejszy”, co jest po prostu błędne, i „Ponieważ Księżyc jest bliżej”, co jest niekompletne [patrz poniżej]). Oto odpowiedź:

Jak wspominasz, kiedy światło wchodzi do naszej atmosfery, przechodzi przez kilka paczek gazu o różnej gęstości, temperaturze, ciśnieniu i wilgotności. Różnice te powodują, że współczynnik załamania działek jest różny, a ponieważ się one poruszają (naukowym terminem określającym ruch powietrza jest „wiatr”), promienie świetlne poruszają się w atmosferze nieco innymi ścieżkami.

Gwiazdy są źródłami punktowymi

Gwiazdy są bardzo daleko, skutecznie czyniąc je punktowymi źródłami. Kiedy patrzysz na źródło punktowe w atmosferze, różne ścieżki poprowadzone z jednej chwili do drugiej sprawiają, że „skacze” - tj. Migocze (lub scyntyluje ).

Region, w którym przeskakuje źródło punktowe, obejmuje kąt rzędu sekundy łukowej. Jeśli zrobisz zdjęcie gwiazdy, wtedy w czasie ekspozycji gwiazda skoczyła wszędzie w tym regionie, a zatem nie jest już punktem, lecz „dyskiem”.

… Księżyc nie jest

To samo dotyczy Księżyca, ale ponieważ Księżyc (widziany z Ziemi) jest znacznie większy (a dokładniej około 2000 razy większy) niż ten „dysk widzący”, jak się go nazywa, po prostu go nie zauważasz. Jeśli jednak obserwujesz szczegóły na Księżycu przez teleskop, wówczas widzenie ogranicza limit widoczności drobnych szczegółów.

To samo dotyczy nawet planet. Planety, które można zobaczyć gołym okiem, rozciągają się od kilku sekund łukowych do prawie arcmin. Chociaż wyglądają jak źródła punktowe (ponieważ rozdzielczość ludzkiego oka wynosi około 1 arcmin), nie są, a zauważysz, że nie migoczą (chyba że znajdują się w pobliżu horyzontu, gdzie ich światło przechodzi przez grubsze warstwa atmosfery).

Poniższy obraz może pomóc zrozumieć, dlaczego widzisz migotanie gwiazdy, ale nie Księżyca (znacznie przesadzone):

EDYCJA: Z uwagi na poniższe komentarze dodałem następujący akapit:

Ani rozmiar bezwzględny, ani odległość nie są same w sobie ważne. Tylko stosunek jest.

Jak opisano powyżej, to, co powoduje migotanie źródła światła, zależy od jego pozornej wielkości w porównaniu z widzialnym , tj. Jego średnicy kątowej określonej przez stosunek jego średnicy bezwzględnej do odległości od Ziemi: $s$ $\delta$ $d$ $D$

δ = 2) \arctan (\frac{re}{2) re}) ≃ \frac{re}{re} fa o r s m za l l za n sol l mi s

$\delta = 2 \arctan \left( \frac{d}{2D} \right) \simeq \frac{d}{D}\,\,\,\mathrm{for\,small\,angles}$

Jeśli $\delta \lesssim s$

Dlatego powiedzenie, że Księżyc nie miga, ponieważ jest blisko, jest niepełną odpowiedzią, ponieważ na przykład potężny laser 400 km od Ziemi - tj. 1000 razy bliżej niż Księżyc - nadal migotałby, ponieważ jest mały. Albo odwrotnie, Księżyc będzie migotać nawet na odległość to jest, jakby to było zaledwie 2000 razy mniejsze.

Wreszcie, aby uzyskać dobre zdjęcia za pomocą teleskopu, nie tylko chcesz umieścić go w odległym miejscu (aby uniknąć zanieczyszczenia światłem), ale także - aby zminimalizować widzenie - na dużych wysokościach (aby mieć mniej powietrza) i w szczególnie suchych regionach ( mieć mniejszą wilgotność). Możesz też po prostu umieścić go w kosmosie.

— pela
źródło

„Ponieważ księżyc jest znacznie bliżej” nie jest całkowicie błędne - nie osiąga tak dużego rozmiaru kątowego, ponieważ jest większy niż gwiazdy. :)

— hobbs

Siła pytania o gorącą sieć ... choć dobra odpowiedź.

— Rob Jeffries,

Poczekaj, zgodnie z trzecim akapitem, planety powinny migotać, ponieważ są one faktycznie punktowymi źródłami. Ale później mówisz, że nie. Dlaczego nie?

— BlueRaja - Danny Pflughoeft

@ BlueRaja-DannyPflughoeft: Przepraszam, widzę, że jest źle sformułowany; wszystkie planety widoczne gołym okiem z Ziemi nie są punktowymi źródłami, ale wieloma łukami. Ale rozdzielczość ludzkiego oka jest znacznie gorsza, myślę, że mniej więcej 1 arcmin.

— pela

@Spilt_Blood: Ta materia może być całkowicie zaniedbana pod względem widzenia. Światło, które widzimy z odległej gwiazdy, jest światłem, które nie wchodzi w interakcje z gazem / pyłem. Interakcja oznacza albo wchłonięcie (w takim przypadku po prostu jej nie widzimy), albo rozproszenie. Ale prawdopodobieństwo, że foton zostanie rozproszony dokładnie w naszym kierunku, jest nieskończenie małe, więc w efekcie jest również absorbowane. Zatem efektem materii międzygwiezdnej jest zmniejszenie intensywności, ale nie spowodowanie, że gwiazda będzie migotać.

— pela

The wikipedii na temat migotania , czyli scyntylacji, opisuje ją dość zwięźle; sprowadza się to do faktu, że odległe gwiazdy są wystarczająco odległe, aby być punktowym źródłem spójnego światła. Planety słoneczne i Luna są wystarczająco blisko, aby mieć widoczną średnicę, będąc jednocześnie widocznymi, co oznacza, że ich światło nie jest spójne jak źródło punktowe.

Matematycznie próg, przy którym odległe źródło światła staje się efektywnym źródłem punktowym, będzie funkcją jego wielkości i odległości, w stosunku do wielkości apertury urządzenia do oglądania (w tym przypadku ludzkiego oka). Można skutecznie pomyśleć o tym jak o cylindrze między otworem a obwodem źródła światła: gdy ten cylinder jest wystarczająco wąski podczas przechodzenia przez atmosferę, widać migotanie.

Należy zauważyć, że scyntylacja nie jest efektem mirażu, który jest spowodowany gradientami temperatury w atmosferze i powoduje efekt „pływania”. Scyntylacja nie zastępuje pozornej pozycji źródła światła, co powoduje zmiany jasności i koloru. Rzeczywisty mechanizm scyntylacji wynika ze światła fali płaskiej i turbulencji atmosferycznych powodujących interferencję w czole fali tego światła. Wyraźnie pokazuje to ten obraz z NASA .

— Danikow
źródło