Почему луна не мерцает?

Звезды мерцают, потому что их свет должен проходить через несколько разных слоев земной атмосферы. Так почему же луна не мерцает?

Первые несколько обращений в Google на самом деле возвращают неполные и даже неправильные ответы (например, «Потому что Луна намного ярче», что явно неправильно, и «Потому что Луна ближе», что неполно [см. Ниже]). Итак, вот ответ:

Как вы упоминаете, когда свет попадает в нашу атмосферу, он проходит через несколько газовых порогов с различной плотностью, температурой, давлением и влажностью. Эти различия делают показатель преломления участков разным, и, поскольку они движутся (научный термин, обозначающий движение воздуха - это «ветер»), световые лучи проходят через атмосферу немного по-другому.

Звезды очень далеко, что делает их точечными источниками. Когда вы смотрите на точечный источнике через атмосферу, различные пути принимаются от одного момента к другому делают его «прыгать вокруг» - т.е. он мерцает (или сверкают ).

Область, в которой точечный источник прыгает вокруг, охватывает угол порядка секунды. Если вы сделаете снимок звезды, то во время выдержки звезда прыгнет повсюду внутри этой области, и, таким образом, это уже не точка, а «диск».

То же самое верно для Луны, но, поскольку Луна (как видно с Земли) намного больше (точнее, примерно в 2000 раз больше), чем этот «видимый диск», как он называется, вы просто не замечаете этого. Однако, если вы наблюдаете детали на Луне через телескоп, тогда видение ограничивает то, насколько мелкие детали вы можете видеть.

То же самое верно и для планет. Планеты, которые вы можете увидеть невооруженным глазом, простираются от нескольких угловых секунд до почти угловых минут. Хотя они выглядят как точечные источники (поскольку разрешение человеческого глаза составляет примерно 1 угол в минуту), это не так, и вы заметите, что они не мерцают (если только они не находятся рядом с горизонтом, где их свет проходит через толщу). слой атмосферы).

Изображение ниже может помочь понять, почему вы видите мерцание звезды, но не Луны (сильно преувеличено):

РЕДАКТИРОВАТЬ: Из-за комментариев ниже, я добавил следующий абзац:

Как описано выше, то, что заставляет источник света мерцать, зависит от его видимого размера по сравнению с видимым , то есть его угловым диаметром определяемым отношением между его абсолютным диаметром и его расстоянием от Земли: $s$ $\delta$$d$$D$

Если , объект мерцает. Если это больше, это не так.$\delta \lesssim s$

Следовательно, сказать, что Луна не мерцает, потому что она близко, является неполным ответом, поскольку, например, мощный лазер в 400 км от Земли - т.е. в 1000 раз ближе, чем Луна - все равно будет мерцать, потому что он маленький. Или наоборот, Луна будет мерцать даже на расстоянии, если оно будет всего в 2000 раз меньше.

Наконец, для получения хороших изображений с помощью телескопа вы хотите не только разместить его на удаленном участке (чтобы избежать светового загрязнения), но также - чтобы минимизировать видимость - на больших высотах (чтобы было меньше воздуха) и в особенно сухих регионах ( иметь меньшую влажность). В качестве альтернативы вы можете просто положить его в космос.

Страница Википедии о мерцании , известном как сцинтилляция, описывает ее довольно кратко; это сводится к тому, что далекие звезды достаточно далеки, чтобы быть точечным источником когерентного света. Солнечные планеты и Луна находятся достаточно близко, чтобы иметь разрешимый диаметр, будучи видимыми, что означает, что их свет не когерентен, как мог бы быть точечный источник.

Математически порог, при котором удаленный источник света становится эффективным точечным источником, будет зависеть от его размера и расстояния относительно размера апертуры устройства просмотра (в данном случае, человеческого глаза). Вы можете эффективно думать о нем как о цилиндре между апертурой и периметром источника света: когда этот цилиндр достаточно узок при прохождении через атмосферу, вы получаете видимое мерцание.

Важно отметить, что сцинтилляция не является эффектом миража, который вызван градиентами температуры в атмосфере и вызывает эффект «плавания». Сцинтилляция не смещает видимое положение источника света, а приводит к изменениям яркости и цвета. Фактический механизм сцинтилляции является следствием плосковолнового света и атмосферной турбулентности, вызывающей помехи в волновом фронте этого света. Это наглядно демонстрирует это изображение из НАСА .