地照點亮月球“暗面”

本週——以及任何新月出現的時候——由於地球明亮的反射光,月球的夜晚不再那麼黑暗

Crescent moon on black background

盈凸月和月球暗面的地照,北半球,瑞士。

“月球真的沒有暗面。事實上,它全是黑色的。” ——平克·弗洛伊德

向創作這些歌詞的羅傑·沃特斯致歉,月球確實有暗面。而且有時它並沒有那麼暗。

在接下來的幾個晚上,你可以親自看看。日落後走到戶外,將目光投向西方。你會看到明亮的金星在地平線上方不遠處落下,並且,取決於你看的確切日期,會看到附近細細的月牙。如果你今晚(2023年7月21日星期五)外出,月球將是一個非常細的月牙,就在金星上方,旁邊是亮度微弱得多的紅色星球火星。但在接下來的幾個晚上,月球將向東移動(對於北半球的觀測者來說,即向左上方),隨著月牙越來越胖。


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一旦你發現月球,仔細看看它。被太陽照亮的部分形成一個緊密的月牙,尖端指向遠離太陽的方向。至於未被照亮的部分,應該是看不見的,對吧?

好吧,再看看。如果暮色足夠深沉,你可能會看到月球黑暗的部分並不是,嗯,黑暗的。它似乎微微發光,柔和地被照亮,形成了月球圓盤其餘部分的怪異輪廓。以蒼白而溫柔的色調展現其完整的榮耀,它看起來像一個幽靈。

通常,月球的暗面是真正黑暗的。與地球一樣,月球是球形的,位於太空中,其中一半總是被太陽照亮。當月球繞地球執行時,我們看到其面向地球的半球被陽光照射的不同部分,從而形成了月球熟悉的相位。

天文學家將晝夜之間的分界線稱為晨昏線,當月球是新月和細月牙時,這條線標誌著月球表面日出的位置。從月球表面看,沿著晨昏線的任何地方,太陽都在升起,並且仍然在月球的低空中。我們看到的月球其餘黑暗部分仍然處於夜晚,太陽尚未升起以開始漫長的月球白天。反過來,這意味著未被照亮的月球表面部分應該像太空一樣黑暗。

然而,抬頭看看月球細細的月牙,你可以看到它不是,不是嗎?相反,它發出微弱的光芒。因此,如果太陽還沒有升起,那麼月球的那部分怎麼會被照亮呢?是什麼在照亮它?

答案就在這種現象的名稱中:地照。

對一些基本觀測幾何學的解釋可以幫助解釋我們所說的到底是什麼。當月球是新月時,它或多或少位於地球和太陽之間,未被照亮的一側朝向我們。隨著月球在其軌道上移動,我們看到越來越多的被照亮部分形成一個月牙,隨著時間的推移,新月會越來越寬——稱為盈凸月。

但是從月球的角度來看,地球和太陽位於天空的對面。它看不到黑暗的地球——它看到的是我們星球被太陽照亮的一半,即它天空中的“滿地球”。從地球上看,滿月非常明亮。你可以在月光下閱讀,它會投下明顯的陰影。但是地球的直徑是月球的四倍,因此在天空中的面積是月球的 15 倍以上,因此它看起來明亮。不僅如此,平均而言,地球的反射率也比月球高出約兩到三倍,因此總的來說,在月球的天空中,地球可能比我們天空中的滿月亮 50 倍。從月球的角度來看,地球是明亮的

這就是照亮月球暗面的東西!太陽當然比地球亮得多,所以我們看到的月牙是明亮的,但地球仍然是一個足夠的光源,可以柔和地照亮月球表面的其餘部分,供我們觀看。如果你仔細觀察——雙筒望遠鏡或小型望遠鏡在這裡會有所幫助——地照足以實際看到月球表面的特徵,例如隕石坑和被稱為月海(拉丁語意為“海洋”)的大片黑暗區域。

地照也被稱為“新月懷抱舊月”——這是一個優美的短語,但很少有天文學家使用。

想想你所看到的:來自太陽的光傳播 1.5 億公里到達地球並將其照亮。地球反射了部分光,其中一部分傳播 38 萬公里到達月球,月球再次將一部分光反射回我們這裡,最終擊中你的眼睛,讓你看到其表面天鵝絨般的光芒。從太陽到地球再到月球,再回到地球,這光線經歷了複雜的旅程。欣賞它增添了對這種景象的驚歎。

但是這種現象提供的不僅僅是一幅概念性的美麗圖畫。一些陽光在到達月球之前會穿過地球大氣層,這會影響地照的亮度,特別是如果我們星球被陽光照射的部分佈滿了高反射率的雲層。科學家們已經利用這一事實來測量雲層、海洋甚至森林或草原如何改變光線,以此作為研究遙遠系外行星的替代方法——環繞其他恆星執行的 alien worlds——看看我們是否也能弄清它們的表面特徵。看來地照甚至可能有助於揭示其他世界是否存在生命!

此外,在月球兩極附近有一些隕石坑,那裡的太陽永遠不會升到地平線以上很高的高度。這些隕石坑的底部可能足夠深,以至於陽光永遠不會照射到那裡,使其非常寒冷。有很多證據表明,其中許多隕石坑都含有鎖定在永久黑暗中的水冰——這些冰可能是未來人類探索的巨大福音。雖然太陽不會照射到那裡,但地球可以,而且有可能利用地照來尋找這些隕石坑底部的的水冰。科學家們發現,幾乎一半的永久陰影極地隕石坑偶爾會被地照沐浴,並已查明在何時更容易直接探索它們以尋找有希望的礦藏。

地照是一件奇妙而美麗的事物,值得一看,但我們可以像使用許多其他自然現象一樣,運用我們同樣奇妙的大腦來使用它,以更多地瞭解我們周圍的宇宙。反過來,這不僅讓我可以談論它的科學性,還可以談論它的美——如果我可以詩意地表達的話。

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