Почему полная луна с земли кажется равномерно яркой, а не должна ли она быть тусклее на «границе»?

Я знаю, что луна не равномерно серая, на ней есть детали, кратеры, это не просто цветной однородный круг от земли, однако в полнолуние интенсивность света, получаемого от разных частей «диска», кажется очень похожей. .

Определим «границу» Луны как географическую область, которая во время полнолуния, если смотреть с Земли, соответствует, если смотреть с Земли, внешней близкой по периметру зоне территории Луны. В этих местах солнце близко к горизонту с их точки зрения.

Кажется, это противоречит моей интуиции: с точки зрения Луны, «границы» (то, что мы видим на границе диска в полнолуние) находятся на «закате» или «восходе солнца», поэтому они имеют меньше света. В соответствии с обычным опытом жизни на земле, наибольшее количество света и тепла вы получаете от солнца в полдень, когда оно находится в зените, а когда солнце начинает наклоняться к горизонту, количество света на квадратный метр уменьшается, и, таким образом, пол светит тусклее. Вот почему я ожидаю, что «границы» Луны будут тусклее, чем центр во время полнолуния.

Гипотеза, чтобы решить мое замешательство: на самом деле границы действительно получают меньше света от солнца, потому что они наклонены по отношению к нему, но опять же, в полнолуние они также наклонены по отношению к нам! Так что для нас, даже если каждый метр в квадрате получает и, следовательно, отражает меньше света, он наклонен к нам и охватывает меньший телесный угол, поэтому в свою очередь кажется ярче. И поскольку это один и тот же фактор, он должен точно компенсировать.

Когда солнце находится в зените, свет проходит через меньшую часть атмосферы, чем на восходе или закате, но луна не имеет атмосферы, о которой можно было бы говорить.
Шероховатость поверхности Луны играет важную роль в том, как мы ее видим. Интересный анекдот: наблюдение, что свет, отраженный Луной, во многом похож на свет, отраженный от шероховатой поверхности, а не на свет, отраженный от гладкой поверхности, привело Галилея Галилея к выводу, что Луна подобна Земле, а не состоит из каких-то «небесный» материал, как считали в то время аристотелевские философы. Этот аргумент можно найти в «Диалоге о двух главных мировых системах» .
На этой фотографии: en.wikipedia.org/wiki/File:Full_Moon_Luc_Viatour.jpg ясно видно, что яркость действительно падает к периметру. Но это также показывает, что яркость гораздо больше зависит от типа поверхности различных частей. Все, что выходит за рамки этого изображения, связано с реакцией ваших глаз на насыщенность/яркость.
В полнолуние возникает дополнительный эффект, когда отраженный свет несколько ярче, чем обычно, с дополнительной поляризацией. Это связано с тем, что свет, который рассеивается на четном числе поверхностей, например, на двух камнях, может идти в любом направлении с почти одинаковой длиной пути, что позволяет усиливать усиление (в основном, при восходе и заходе луны, когда общий угол прилегания невелик).
Зрение, как и другие наши чувства, не воспринимается линейно. То, что что-то выглядит однородным для наших глаз, не означает, что так оно и есть. Всегда нужно что-то учитывать, когда имеешь дело с нашим смыслом.
@fishinear Связанное изображение ясно показывает, что яркость не падает. Солнце не находится «прямо» позади фотографа, а освещает Луну немного левее наблюдателя. Таким образом, вы видите не полную луну, а луну ~ 98/100 (потомок, если изображение не было зеркально отражено или перевернуто вверх ногами). Если бы яркость падала на «краях», уменьшенная яркость также была бы видна на левой (или западной) стороне Луны, которую вообще невозможно обнаружить.
@klanomath Эта картинка убеждает вас больше: space.com/images/i/000/057/608/original/… *:1000 ? Дело все же в том, что больше влияет тип поверхности.
@fishinear Нет, это меня не убеждает, но это был бы лучший пример для поддержки вашего тезиса. Здесь солнце находится немного ниже наблюдателя, а угол между солнцем и наблюдателем меньше, чем на другом снимке — падения яркости на юге нет (за исключением другого материала поверхности в гало Тихо).

Ответы (4)

Если бы луна была однородной сферой, она действительно казалась бы более тусклой по краям полной луны.

Шероховатость поверхности является основной причиной того, что края не такие тусклые, как предсказывает сферическая модель. Когда смотришь на полную луну с земли, свет исходит почти позади нас. Это означает, что края полной Луны освещаются солнечными лучами почти параллельно лунной поверхности. Теперь подумайте, куда попадут эти лучи на Луне. Так же, как и здесь, на Земле, на восходе или закате вертикальные объекты, обращенные к солнцу, будут лучше освещены. Когда поверхность имеет шероховатость, больше скользящего солнечного света будет попадать на большее количество вертикальных частей поверхности.

То, что мы видим по краям полной луны, — это преимущественно стены кратеров, грани скал и тому подобное, которые ориентированы на солнце и, следовательно, на нас. Эта более плоская в среднем ориентация отражает значительно больше света, чем гладкая сферическая поверхность.

Если бы Луна была однородной сферой и идеальным отражателем Ламберта, края не казались бы более тусклыми. Это ключевой смысл закона косинусов Ламберта . Если бы Луна была идеальным (нерассеянным) отражателем, она была бы полностью темной, излучаемой одним точечным источником света (за исключением одной точки, если источник находится в полушарии наблюдателя, а не непосредственно за наблюдателем).
если бы луна была идеальной сферой и была бы ламбертовской, края были бы темнее, см. www1.cs.columbia.edu/CAVE/projects/oren/oren.php
@klanomath - «эффект равной яркости», на который вы ссылаетесь, описывает, как яркость частей объекта не зависит от угла, под которым он просматривается. Однако яркость зависит от угла к источнику света, поэтому края, которые на однородной сфере не направлены к солнцу, в модели Ламберта действительно тусклее .
@JibbSmart Мне нужно где-то набрать 10 баллов по физике, чтобы мне разрешили ответить на этот вопрос ;-). Вы правы с интенсивностью сияния, но не с сиянием. И только сияние имеет значение в контексте вопроса.
@klanomath Достаточно справедливо: PI может видеть, как это можно интерпретировать по-разному, но мой опыт работы с ламбертовской диффузной моделью основан на том, как она используется в видеоиграх (повсеместно в течение многих лет), которая определенно тускнеет на лицах, не направленных прямо на источник света ( по ссылке Брайса). Игровая и киноиндустрия могут ошибаться и придерживаться нашей интерпретации по соглашению — такие вещи не являются чем-то неслыханным — но я не склонен так думать.
Кроме того, в самом ответе не упоминается Ламберт, поэтому мы должны учитывать, что могут быть другие факторы, которые могут сделать края более тусклыми на однородной сфере. В компьютерной графике мы называем «эффект Френеля» (связанный с отражением Френеля), когда поверхности имеют более сильные зеркальные блики под углами скольжения. Это было измерено в реальной жизни на различных материалах. Из-за сохранения энергии это также должно означать более тусклое рассеивание. Учитывая отсутствие значительных источников света за Луной, это затемнило бы края однородной сферы на месте Луны.
@JibbSmart Я признаю, что это нелогично, но «вращение» здесь - это полная Луна. Полнолуние означает, что источник света находится (почти точно) позади наблюдателя (за исключением, конечно, лунного затмения). Следовательно, если предположить, что сфера близка к идеальной, тени не видно. В играх вы обычно избегаете источника света прямо позади эго-игрока, потому что каждый отдельный объект теряет «внутренний» контраст (не знаю, как сказать это по-английски) и затенение. Поэтому примеры Брайса (см. выше) не очень хороши или неправильно обозначены (например, ламбертиан на 4-м рисунке).
@klanomath Я сам программист игр, специализирующийся на графике (шейдерах). Хотя ситуации с освещением «полная луна» часто избегают, я очень хорошо знаком с тем, как это выглядит на практике, благодаря пониманию ламбертовского рассеянного освещения в игровой индустрии. Это не значит, что это обязательно правильно, но это наше обычное понимание «ламбертианства» :) Хорошо, что ламбертианец на картинке в ссылке неверен - он не скорректирован по гамме. Лучший пример можно найти здесь: project-eden.blogspot.com.au/2014_03_01_archive.html .

Я задавался тем же вопросом, почему края полной Луны не выглядят темнее, и почему терминатор для фазы четверти Луны не выглядит темнее, чем точка на краю Луны, противоположная Солнцу. . Это не эффект ракурса, как в вашей последней гипотезе, который на самом деле не работает. Если бы поверхность Луны была равномерно яркой во всех направлениях, например, как мячик для пинг-понга, то области заката и рассвета, которые получают меньше света на квадратный метр, действительно должны выглядеть темнее. Это должно быть что-то в шероховатости Луны, которая неравномерно яркая во всех направлениях. Эффект ракурса, при котором мы видим большие области на краю Луны, просто так не работает, мы видим яркость поверхности, а не поток на единицу площади от поверхности (а яркость — на телесный угол,

Еще один возможный эффект, о котором следует помнить, — это то, как глаз воспринимает контраст: он пытается ограничить малые контрасты, когда в поле зрения контрасты гораздо больше. Так что, возможно, поверхность не такая однородно яркая, как кажется. Я не знаю об этом, поэтому давайте предположим, что полная Луна равномерно яркая, даже если края получают меньше солнечного освещения на квадратную площадь. Для этого потребуется, чтобы яркость, излучаемая поверхностью Луны, была неравномерной, а достигала пика в направлении, откуда исходит солнечный свет. Этот пик должен быть особенно заметен, когда солнечный свет падает под крутым углом.

На самом деле существуют независимые доказательства того, что яркость Луны действительно достигает максимума в направлении падающего солнечного света — хорошо известно, что полная Луна дает Земле примерно в десять раз больше света, чем Луна в четверти фазы, даже несмотря на то, что освещенная луна площадь увеличилась только вдвое. Это эффект шероховатости. Многие дорожные знаки намеренно созданы для того, чтобы делать то же самое, поэтому они отражают свет преимущественно назад, в сторону встречных фар. Луна действует как сферическая версия этих дорожных знаков.

Это лучший ответ на данный момент. Существует реальная проблема с объяснением кажущейся равномерной яркости, и она не решается концентрирующим эффектом углов у краев, как предполагают ОП и один из других респондентов. Я думаю, что вы, вероятно, правы насчет психооптического эффекта выравнивания яркости в человеческом глазу.
Ключевое слово - всплеск оппозиции или эффект оппозиции .
Кажется маловероятным, что это влияние глаз. Фотографии также не проявляют этого эффекта: images.google.com/images?q=full%20moon — с помощью пипетки на случай, если кто-то скажет, что при взгляде на фотографию существует тот же эффект!

Для полной луны ответ в ОП явно правильный, как подтвердили другие: яркость связана с солнечной энергией на квадратный фут, и при взгляде спереди квадратные футы увеличиваются по мере продвижения к краю на краю. с той же скоростью, что солнечная энергия на фут исчезает. Это предполагает, что отражения являются всенаправленными (как в случае с матовой пылью, а не с полированной сферой), но это кажется разумным предположением о лунной пыли.

Остается вопрос, который задавали другие: если вышесказанное верно, и яркость уменьшается от центра стороны, обращенной к солнцу («полуденная область»), вниз к краям («сумеречная область»), то почему отсечка, которую мы видим, когда смотрим на полумесяц так резко? Не должно ли оно постепенно исчезать?

Подозреваю, что дело в яркости/насыщенности.

Вот снимок Кассини спутника Сатурна, Реи:

Изображение Кассини спутника Сатурна, Реи[через http://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA07606]

Вот наша собственная луна:

Месяц[через https://www.emaze.com/@ALRIZCWQ/David-Moon]

Обратите внимание, что первый, намного дальше от солнца, имеет гораздо более медленную отсечку?

Я полагаю, это потому, что самая яркая точка намного тусклее солнечного света: она примерно в десять раз дальше от солнца, а это означает, по закону обратных квадратов, что там она примерно в 100 раз тусклее.

Поэтому я думаю, что это просто наше видение насыщено. Если мы возьмем это лунное изображение и обесцветим его, увеличив контрастность на 65% и уменьшив яркость на 70%, мы получим...

Полумесяц ненасыщенный

Мне кажется, что это гораздо больше похоже на первое, хотя ясно, что многие уровни были потеряны.

Я думаю, что ОП спрашивает о полной луне.
Это отличный ответ с хорошей документацией об эффекте насыщения. Несмотря на то, что это написано в отношении полумесяца, логика в равной степени применима и к полной луне.
@MartyGreen Так ли это?
Геометрия полумесяца сильно отличается. Поскольку наша точка зрения различна, разные части поверхности Луны кажутся сжатыми.
Извините, и хороший звонок. Мне следовало бы объяснить, почему я изображаю полумесяц, а не полную луну. Я отредактирую.

Солнце освещает каждую частицу луны, которую оно «видит», с одинаковой интенсивностью. Во время полнолуния мы видим каждую частицу Луны под одним и тем же углом, и поэтому мы видим, что каждая частица удаляется с одинаковой интенсивностью. Относительный макронаклон поверхности Луны не влияет на яркость каждой частицы.

Почему полная луна с земли кажется равномерно яркой, а не должна ли она быть тусклее на «границе»?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 21v