Почему Солнце не заполняет небо на Меркурии?

При взгляде на первое изображение нужно учитывать искажение перспективы на изображениях с узким полем зрения. Это тот же эффект, который заставляет людей выглядеть ближе друг к другу, чем они есть на самом деле, когда их фотографируют через зум-объективы (что полезно иметь в виду, читая новости в эти дни!). Меркурий не так близок к Солнцу, как кажется на первом изображении.

Вы также должны иметь в виду, что объекты в космосе, как правило, лишены «сигналов глубины»: в атмосфере объекты, находящиеся дальше, становятся более размытыми и более «размытыми» из-за рассеяния. В космосе это не работает.

С того места, где мы стоим на Земле, Меркурий довольно мал, максимум 13 угловых секунд в поперечнике. Солнце, для сравнения, имеет диаметр около 1800 угловых секунд, поэтому, если вы хотите увидеть Меркурий в виде диска, вам нужно сильно увеличить изображение. И из-за этого солнце кажется очень большим. Он кажется очень большим только потому, что был увеличен.

Но если вы находитесь на Меркурии, вам не нужно увеличивать изображение солнца. Солнце на Меркурии имеет диаметр около 5000 угловых секунд. Большой, но не заполняющий небо. Это только потому, что это не было увеличено

[Настоящий ответ содержится в ответе @James K (это связано с тем, что поле зрения вашего верхнего изображения крошечное, а второе довольно широкое). Это делается для того, чтобы перевести ситуацию в такую, о которой может быть легче интуитивно рассуждать.]

Предположим, что верхняя фотография была сделана, когда Земля-Меркурий-Солнце представляет собой прямую линию (это будет очень близко к истине на верхней фотографии). Давайте создадим тот же сценарий на Земле, но в уменьшенном масштабе.

Диаметр Меркурия 4900 км, Солнца 1,4 млн км. Это соотношение 285:1. Меркурий находится в 40 млн км от Солнца, Земля — в 150 млн км (без учета эксцентриситета и т. д.). Меркурий находится примерно на 73% пути к Солнцу отсюда.

Баскетбольный мяч имеет диаметр около 240 мм. Что-то в 285 раз меньше этого чуть меньше одного миллиметра. Это примерно размер паутинного клеща или крупной песчинки.

Чтобы мяч занимал 0,5 градуса вашего зрения, он должен находиться на расстоянии 25 метров. Это длина баскетбольной площадки, которая, вероятно, сейчас не используется, так что давайте уменьшимся до одной. Поместите мяч под одно кольцо, затем поместите паутинного клеща на кончик «трехточечной линии» в этом конце корта. Это волшебство, поэтому оно парит в 120 мм от земли. Удобно, что трехточечная линия одного кольца составляет почти ровно 73% пути до этого кольца от того, что находится на дальнем конце. Теперь идите и лягте под другой обруч и расположите голову так, чтобы клещ был перед мячом с вашей точки зрения.

Когда вы смотрите на крошечную клещу там, на дальней стороне центральной линии, и на шар на дальнем конце, у вас почти такой же сценарий, как Земля:Меркурий:Солнце во время соединения. Примечательно, что вам, вероятно, понадобится телескоп, чтобы вообще увидеть клеща при любом нормальном освещении. Глядя на клеща, «проходящего» мимо шарика через ваш телескоп, разве увеличенный шарик не выглядит огромным, а клещ плавает перед ним, как пятнышко?

Теперь вернитесь к клещу и посмотрите на мяч с его точки зрения (не вставайте на бедняжку). Мяч отсюда не кажется намного больше, не так ли? Вы, вероятно, можете прочитать больше надписей на нем и увидеть текстуру, но она все еще не занимает все ваше поле зрения.

Это потому, что вы больше не используете свой телескоп. Если вы используете тот же телескоп, в который вы смотрели на клеща и шар, но встанете почти в 4 раза ближе, чем были изначально, шар будет казаться еще больше.

Если вы хотите, чтобы Солнце выглядело таким же размером, как баскетбольный мяч, если держать его на расстоянии 0,5 м от вашей головы (2 диаметра), то это примерно 3,5 миллиона километров орбитального диаметра: намного, намного ближе, чем Меркурий на самом деле.

Это в два раза ближе, чем у Parker Solar Probe: PSP будет вращаться на 8,5 солнечных радиусах, поэтому он увидит Солнце размером с баскетбольный мяч, до которого вы не можете дотронуться (чуть больше метра).

2 диаметра, однако, примерно так устроены Ио: Юпитер (Ио вращается на расстоянии около 350 000 км от «поверхности» Юпитера, Юпитер имеет диаметр 140 000 км), поэтому с Ио Юпитер действительно огромен в небе, как баскетбольный мяч. в ваших руках будет.

Метис, находящийся всего в 58 000 км от облаков (около 128 000 км от центра Юпитера), увидит Юпитер так же, как если бы вы посмотрели на него с расстояния около 100 мм от баскетбольного мяча: Юпитер действительно заполнил бы небо.

Я могу сделать похожее изображение с помощью Stellarium, где Солнце кажется огромным по сравнению с Сатурном. Тем не менее, находясь на поверхности Сатурна, Солнце в небе кажется намного меньше, чем с Земли. Или, другими словами, угловой диаметр Солнца намного меньше, если смотреть с Сатурна.

Так что первое изображение мало что говорит вам об угловом диаметре Солнца, видимого с Меркурия. Во всяком случае, это просто показывает, насколько маленький Меркурий по сравнению с Солнцем.

(Изображение представляет собой прохождение Сатурна в 2669 году, как видно с Урана. Я надеюсь, что к тому времени мы разработаем космические путешествия, и мы сможем увидеть это ;))

Для интуитивного понимания: если бы Меркурий был намного больше, но на той же орбите, вид на Солнце с поверхности планеты (2-е фото) был бы таким же, но с нашей точки зрения (1-е фото) Меркурий выглядел бы намного больше по сравнению с Солнцем. Так что по первому фото ничего нельзя вывести о том, как выглядело бы солнце с поверхности планеты.

Размер объекта (т.е. Солнца) на Небе не зависит от того, насколько велико тело, на котором вы сидите (т.е. Меркурий). Это зависит только от расстояния от вас до этого объекта и его размера.

Таким образом, размер Солнца, если смотреть с Меркурия, зависит от расстояния от Меркурия до Солнца и размера Солнца.

Точно так же при просмотре Меркурия и Солнца с некоторого расстояния (т.е. с Земли) все зависит только от того, насколько далеко вы находитесь от Солнца и Меркурия и насколько они велики (постоянны).

На самом деле, если вы находитесь всего в нескольких метрах над землей Меркурия, он больше, чем Солнце в вашем поле зрения. Намного больше.

Если вы находитесь очень далеко (например, на орбите Земли), соотношение видимых размеров между двумя наблюдаемыми телами такое же, как отношение их диаметров. Но это не тот случай, когда вы находитесь ближе.

Прилагаю эскиз расчетов, это должно помочь вам увидеть это лучше.

См. эти вопросы на photo.stackexchange.com. Если вы используете телеобъектив, чтобы солнце заполнило ваше поле зрения, оно будет увеличивать размер других объектов в зависимости от того, насколько далеко они находятся от объектива.

Таким образом, хотя на этой фотографии Меркурий выглядит очень близко к Солнцу, на самом деле он находится на расстоянии от 46 до 70 миллионов километров от него (ближе к Земле). Это от 33 до 50 раз больше диаметра Солнца.

Представьте себе воздушный шар в воздухе, который находится достаточно далеко, чтобы он составлял 1/4 размера полной Луны. Если бы вы использовали телеобъектив, чтобы луна заполняла поле зрения, воздушный шар казался бы маленьким по сравнению с ним. Но если бы вы были на воздушном шаре, луна показалась бы фотографу того же размера, что и без телеобъектива, и она не заполнила бы небо.

Вот крутая статья, показывающая съемку модели на холме на фоне луны с помощью телеобъектива. Луна не кажется женщине такой большой, как кажется на фотографиях, потому что ее видимый размер увеличивается на ту же величину.

https://petapixel.com/2017/10/26/shooting-portraits-giant-moon-using-1120mm-lens/

Если вы держите шарик на расстоянии вытянутой руки, его ширина составляет около 1 см на расстоянии 100 см. Луна и солнце также примерно в 100 раз дальше, чем их размеры, поэтому они такие же большие, как мрамор.

Если вы поднесете шарик на расстояние 20 см от глаза, это как на планете Меркурий, шарик будет в 6 раз больше.

Если вы выстрелите мрамором в большое солнце и сфотографируете его на расстоянии 100 метров, солнце будет в 100 раз больше, чем мрамор.

Когда вы смотрите на фотографию большого солнца и маленького шарика, вы можете подумать: «Если бы я был на поверхности этого шарика, солнце заняло бы большую часть неба»... Это просто иллюзия перспективы на фотографии.

Здесь разыгрывается оптическая иллюзия ( нажмите здесь, чтобы посмотреть видео ):

Эта сцена из фильма «Челюсти» популяризировала « кукольный зум », в котором камера движется к объекту, одновременно уменьшая масштаб. В результате видимый размер объекта остается прежним, в то время как видимые размеры фоновых объектов резко меняются.

Этот эффект хорошо известен фотографам и кинематографистам. Если вы делаете снимок и хотите, чтобы объекты на заднем плане казались маленькими, подойдите ближе к объекту и уменьшите масштаб. Если вы хотите, чтобы объекты на заднем плане казались большими, отойдите от объекта и увеличьте масштаб.

Когда мы видим фотографии Меркурия, они, естественно, сделаны с очень большого расстояния и сильно увеличены , чтобы мы действительно могли видеть планету. В результате солнце, фоновый объект, кажется огромным. Но если мы стоим на Меркурии, перспектива совсем другая, и солнце кажется намного меньше.

Многое было рассмотрено в предыдущих ответах (особенно в ответе @Witold), но вот еще один способ подумать об исходном вопросе:

Чтобы «заполнить небо» на Меркурии так, чтобы «не было видно краев солнца», нужно уметь смотреть «на запад» и видеть солнце, а также «на восток» и видеть солнце. Таким образом, солнце занимало бы более 180 градусов неба. Чтобы это произошло, вам нужно находиться немного внутри поверхности Солнца, чего нет у Меркурия.