Чому місяць не мерехтить?

Зірки мерехтять, тому що їх світло повинен проникати через кілька різних шарів земної атмосфери. Так чому ж місяць не мерехтить?

the-moon light atmosphere

— Рікі
джерело

Якщо ви дивитесь на Місяць через телескоп у ніч, коли зірки погано мерехтять, ви побачите, як маленькі кратери хитаються. Цей вітер в атмосфері змушує їх мерехтіти, як зірки. Без розпізнавання ви можете це добре бачити, оскільки кожне маленьке мерехтіння оточене яскравою місячною поверхнею, а не чорнотою простору.

— Шлях до незнайомця

На відміну від моєї відповіді, sites.google.com/site/fresnel4twinkle припускає, що це явище недостатньо зрозуміле, а сучасне популярне пояснення є невірним

— Даніков

Коли я вперше вивчив астрономію, мені сказали якесь «правило», що «зірки мерехтять, планети (та інші тіла) світяться». Отже, якщо всі зірки мерехтять, але є червоний, якого немає, це був би Марс. Зрозуміло, я бачив, як Сатурн мерехтить, коли бачення погано, тому це не завжди на 100% правильно, але може бути корисною досить багато часу.

— coblr

Відповіді:

Перша жменька звернень Google реально повертає неповні та навіть неправильні відповіді (наприклад, "Тому, що Місяць набагато яскравіше", що явно неправильно, і "Тому що Місяць ближче", яка є неповною [див. Нижче]). Тож ось відповідь:

Як ви згадуєте, коли світло потрапляє в нашу атмосферу, воно проходить через кілька посилок газу з різною щільністю, температурою, тиском та вологістю. Ці відмінності роблять показник заломлення посилок різним, і оскільки вони рухаються навколо (науковий термін для повітря, що рухається навколо, - "вітер"), світлові промені проходять трохи різними шляхами через атмосферу.

Зірки - точкові джерела

До зірок надзвичайно далеко, що робить їх точковими джерелами. Коли ви дивитесь на точковий джерело через атмосферу, різні шляхи, що проходять від однієї миті до іншої, змушують його «стрибати навколо» - тобто мерехтить (або мовчить ).

Область, в якій точкове джерело стрибає навколо, охоплює кут порядку дугової секунди. Якщо ви сфотографуєте зірку, то під час експозиції зірка стрибала всюди всередині цього регіону, і, таким чином, це вже не точка, а «диск».

… Місяця немає

Те саме стосується Місяця, але оскільки Місяць (як видно із Землі) набагато більший (приблизно в 2000 разів більший, щоб бути конкретним), ніж цей «дисковий дисертатор», як його називають, ви його просто не помічаєте. Однак якщо ви спостерігаєте деталі на Місяці за допомогою телескопа, то бачення ставить обмеження на те, наскільки точні деталі ви можете бачити.

Те ж саме стосується планет. Планети, які ви можете бачити неозброєним оком від декількох дуг до майже аркмін. Незважаючи на те, що вони виглядають як точкові джерела (бо дозвіл людського ока становить приблизно 1 кут), вони не є, і ви помітите , що вони не мерехтять (якщо вони не поблизу горизонту , де їх світло проходить через більш товстий шар атмосфери).

Зображення нижче може допомогти зрозуміти, чому ви бачите мерехтіння зірки, а не Місяця (сильно перебільшеного):

EDIT: Через коментарі нижче, я додав наступний параграф:

Ні абсолютний розмір, ні відстань самі по собі не важливі. Тільки співвідношення є.

Як описано вище, що робить джерело світла мерехтіння залежить від його видимого розміру по порівнянні з бачить , тобто його кутовий діаметром визначається співвідношенням між його абсолютним діаметром і його відстанню від Землі: $s$ $\delta$ $d$ $D$

δ = 2 арктан (\frac{г}{2 D}) ≃ \frac{г}{D} f о r с м а л л а н г л е с

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

$\delta \lesssim s$

Отже, сказати, що Місяць не мерехтить, бо знаходиться близько, є неповною відповіддю, оскільки, наприклад, потужний лазер в 400 км від Землі - тобто в 1000 разів ближче від Місяця - все одно мерехтить, оскільки він малий. Або навпаки, Місяць би мерехтів навіть на тій відстані, якби він був лише у 2000 разів меншим.

Нарешті, щоб досягти хороших зображень телескопом, ви не тільки хочете розмістити його на віддаленому місці (щоб уникнути забруднення світла), але й - мінімізувати видимість - на великій висоті (щоб було менше повітря) і в особливо сухих регіонах ( мати меншу вологість). Крім того, ви можете просто розмістити його в просторі.

— пела
джерело

"Оскільки Місяць набагато ближче" не є абсолютно неправильним - він не набуває такого кутового розміру, будучи більшим, ніж зірки. :)

— варення

Сила гарячого мережевого питання ... Хоча хороша відповідь.

— Роб Джефріс

Зачекайте, згідно третього абзацу, планети повинні мерехтіти, оскільки вони є фактично точковими джерелами. Але потім ви скажете, що цього не роблять. Чому ні?

— BlueRaja - Danny Pflughoeft

@ BlueRaja-DannyPflughoeft: Вибачте, я бачу, що це погано сформульовано; всі планети, видимі неозброєним оком із Землі, - це не точкові джерела, а багато дуги. Але роздільна здатність людського ока набагато гірша, ніж ця, приблизно 1 дуга, я думаю.

— пела

@Spilt_Blood: Цією проблемою можна повністю знехтувати з точки зору бачення. Світло, яке ми бачимо від далекої зірки, - це світло, яке не взаємодіє з газом / пилом. Взаємодія означає або бути поглиненим (у такому випадку ми просто цього не бачимо), або розсіяним. Але ймовірність того, що фотон буде розсіяний саме в нашому напрямку, нескінченно мала, тому фактично він також поглинається. Таким чином, ефект міжзоряної речовини полягає в зниженні інтенсивності, а не в тому, щоб зірка мерехтіла.

— пела

Сторінка вікіпедії про мерехтіння , яка називається сцинтиляцією, висвітлює її досить лаконічно; це зводиться до того, що далекі зірки достатньо віддалені, щоб бути точковим джерелом когерентного світла. Сонячні планети і Луна є досить близькими, щоб мати видимий діаметр при видимості, а це означає, що їх світло не є когерентним, як може бути точковим джерелом.

Математично поріг, при якому віддалене джерело світла стає ефективним точковим джерелом, буде залежати від розміру та відстані, залежно від розміру діафрагми пристрою перегляду (в даному випадку ока людини). Ви могли б ефективно розглядати це як циліндр між отвором та периметром джерела світла: коли цей циліндр досить вузький при проходженні через атмосферу, ви отримуєте видиме мерехтіння.

Важливо зазначити, що сцинтиляція не є ефектом міражу, який викликається градієнтами температури в атмосфері і викликає ефект «плавання». Сцинтиляція не витісняє видиме положення джерела світла, натомість призводить до зміни яскравості та кольору. Фактичний механізм сцинтиляції є результатом світло-плоскості хвилі та атмосферної турбулентності, що спричиняє втручання у хвилю фронту. Це наочно демонструє це зображення NASA .

— Даніков
джерело