Вечером Луна может выглядеть так, будто в небе зажгли огромный серебряный фонарь. Особенно в полнолуние: вокруг темно, звёзды кажутся слабее, а лунный диск сияет настолько ярко, что на земле появляются тени.
Но тут возникает простая загадка. Почему Луна светится, если она не звезда? Есть ли внутри неё что-то раскалённое? Может быть, она сама производит свет, только намного слабее Солнца?
Попробуем провести маленькое расследование. Нам понадобятся Солнце, Луна, обычный мяч, фонарик — и один факт, который сначала кажется удивительным: сама Луна почти не светится вообще.
Полная Луна кажется яркой, хотя её поверхность довольно тёмная. Мы видим солнечный свет, отражённый лунными породами. NASA/JPL/USGS, Wikimedia Commons, public domain.
Главный ответ: Луна светит отражённым светом Солнца
Солнце — звезда. В его недрах происходят процессы, при которых выделяется огромное количество энергии. Поэтому Солнце само испускает свет.
Луна устроена совсем иначе. Это холодное каменистое небесное тело — естественный спутник Земли. У неё нет раскалённой светящейся поверхности, похожей на солнечную.
Лунный свет — это солнечный свет, который упал на поверхность Луны, отразился от неё и прилетел к нашим глазам.
NASA формулирует это совсем просто: Moonlight is reflected sunlight — «лунный свет является отражённым солнечным светом».
Так что на вопрос «Луна светится своим светом или отражённым?» ответ однозначный: видимый нами яркий лунный свет — отражённый.
Проверяем на опыте: Луна из мяча
Это легко представить дома.
Возьми мяч и зайди в тёмную комнату. Сам мяч не светится. Если выключить все источники света, он почти исчезнет из виду.
Теперь посвети на него фонариком сбоку. Одна половина мяча станет яркой, а другая останется тёмной.
Мяч не превратился в лампу. Он просто возвращает часть света фонарика.
В нашей модели:
- фонарик — Солнце;
- мяч — Луна;
- ты — наблюдатель на Земле.
Если начать медленно обходить мяч или перемещать его относительно фонарика, освещённая часть будет казаться то шире, то уже. Именно здесь начинается следующая загадка — фазы Луны.
Почему тогда Луна бывает полной, половинкой и тонким серпом?
Солнце в обычной ситуации всегда освещает примерно половину Луны. Но с Земли мы видим эту освещённую половину под разными углами.
Луна движется вокруг Земли. Поэтому меняется взаимное положение трёх тел: Солнца, Земли и Луны.
Когда освещённая сторона Луны почти полностью обращена к Земле, мы видим полнолуние.
Когда видна примерно половина освещённой части — первую или последнюю четверть.
Когда к нам повёрнут только небольшой кусочек освещённой поверхности, на небе появляется тонкий серп.
А во время новолуния освещённая Солнцем сторона в основном обращена от нас, поэтому Луна становится почти невидимой.
Фазы Луны возникают потому, что мы видим разные доли её освещённой Солнцем половины. Thomas Splettstoesser / Wikimedia Commons.
Важная ловушка: фазы Луны — это обычно не тень Земли
Здесь ошибаются очень многие.
Если половина Луны тёмная, хочется решить: «Наверное, Земля загородила солнечный свет».
Но обычно это неверно.
Во время обычных фаз Земля не закрывает Солнце. Тёмная часть Луны — просто та часть поверхности, на которой в этот момент лунная ночь или которую мы видим неосвещённой с нашего направления.
Настоящая тень Земли падает на Луну во время лунного затмения. Это отдельное событие, которое происходит далеко не каждый месяц.
Поэтому серп, четверть и полумесяц — не «кусочки Луны, закрытые Землёй».
Но Луна ведь выглядит ослепительно белой. Значит, она отлично отражает свет?
Вот второй неожиданный поворот нашего расследования.
На самом деле Луна довольно тёмная.
NASA указывает, что в среднем обратно в космос отражается примерно одна десятая падающего на Луну солнечного света. В справочных данных NASA геометрическое альбедо Луны составляет около 0,12.
Альбедо — это показатель того, насколько хорошо поверхность отражает свет. Чем альбедо выше, тем больше падающего света возвращается обратно.
Свежий снег отражает свет очень хорошо. Тёмный асфальт — гораздо хуже. Лунная поверхность по отражающей способности скорее ближе к тёмным материалам, чем к снегу.
Если бы ты оказался на Луне днём, грунт под ногами не выглядел бы как сверкающий белый порошок. Он был бы серым и довольно тёмным.
Почему же Луна кажется такой яркой?
Потому что ночью наши глаза сравнивают её не с ярким солнечным днём, а с тёмным небом.
Даже небольшая доля солнечного света выглядит очень заметно на почти чёрном фоне.
Кроме того, Луна находится по космическим меркам совсем рядом с Землёй: среднее расстояние между ними составляет около 385 тысяч километров.
Это огромное расстояние для самолёта или автомобиля, но очень маленькое по сравнению с расстояниями до планет и звёзд.
Поэтому сравнительно тёмный объект может выглядеть в нашем небе исключительно ярким.
Полная Луна способна даже отбрасывать заметные тени.
Почему Луна светится ночью?
Популярный запрос звучит именно так: «почему Луна светится ночью?»
Но здесь спрятана ещё одна хитрость. Луна светится отражённым солнечным светом не только ночью.
Луну довольно часто можно увидеть днём.
Небо при этом ярко освещено солнечным светом, рассеянным в атмосфере, поэтому Луна кажется бледнее. Но она никуда не исчезает и продолжает отражать солнечные лучи.
Время, когда Луна находится над горизонтом, зависит от её фазы. Например, полная Луна обычно появляется около заката и садится примерно к восходу Солнца, а другие фазы могут быть хорошо видны утром или днём.
Так что выражение «ночное светило» удобно в стихах, но с точки зрения астрономии Луна вовсе не обязана появляться только ночью.
Откуда у Луны свет, если Солнце уже зашло?
Потому что закат Солнца для человека на Земле не означает, что Солнце исчезло для Луны.
Представь большую комнату с лампой в центре и два маленьких шарика. Если один шарик оказался в собственной тени или повернулся так, что наблюдатель на нём больше не видит лампу, второй шарик всё ещё может продолжать освещаться.
Когда у тебя наступила ночь, твой участок Земли отвернулся от Солнца. Но Луна в это время может находиться там, куда солнечные лучи спокойно доходят.
Именно эти лучи затем отражаются от Луны к ночной стороне Земли.
Почему Луна не исчезает полностью во время тонкого серпа?
Посмотри на молодую Луну через несколько дней после новолуния. Яркий серп виден хорошо. Но иногда, если небо достаточно тёмное, можно заметить и остальной круг Луны — словно внутри тонкого серпа спрятан тусклый серый шар.
Откуда там свет, если Солнце напрямую эту часть почти не освещает?
А вот здесь происходит красивый космический фокус.
Солнечный свет падает на Землю. Земля отражает часть света в космос. Этот отражённый Землёй свет попадает на тёмную сторону Луны. Луна отражает его обратно к нам.
Получается путь:
Солнце → Земля → Луна → твои глаза.
Такое слабое свечение называется пепельным светом Луны, или earthshine — «земным сиянием».
У тонкого серпа можно заметить тусклый полный диск. Его освещает солнечный свет, сначала отражённый Землёй, а затем Луной. ESO/B. Tafreshi/TWAN / Wikimedia Commons, CC BY 4.0.
То есть Земля тоже светит?
Если смотреть с Луны — да, Земля была бы очень ярким объектом.
Разумеется, наша планета тоже не производит видимый свет как звезда. Она отражает солнечные лучи.
Облака, лёд, океаны и суша отражают свет по-разному. Именно поэтому яркость пепельного света может немного меняться.
Учёные даже используют наблюдения пепельного света, чтобы исследовать, сколько солнечного света отражает Земля.
Получается удивительная вещь: глядя на слабое свечение Луны, астроном может узнавать кое-что о нашей собственной планете.
Почему поверхность Луны выглядит пятнистой?
Если посмотреть на Луну без телескопа, видно, что она не одинаково светлая.
На ней есть более яркие области и большие тёмно-серые пятна.
Древние наблюдатели приняли некоторые тёмные области за моря. Поэтому за ними до сих пор сохранились названия вроде Моря Спокойствия и Моря Дождей. Воды там, конечно, нет.
Тёмные «моря» в основном представляют собой огромные равнины из древних застывших вулканических пород. Они отражают меньше света, чем более светлые высокогорья.
Поэтому отражённый солнечный свет заодно позволяет нам видеть историю поверхности Луны.
Почему мы всегда видим почти одну и ту же сторону Луны?
Кажется странным: Луна обращается вокруг Земли, но рисунок тёмных пятен остаётся знакомым.
Причина в том, что Луна вращается вокруг своей оси примерно за то же время, за которое совершает один оборот вокруг Земли.
Такое состояние называется приливным захватом.
Поэтому одна и та же сторона постоянно остаётся обращённой примерно к Земле.
Но это вовсе не значит, что обратная сторона Луны всегда тёмная. Там точно так же бывают день и ночь. Солнце освещает и обратную сторону.
Выражение «тёмная сторона Луны» поэтому вводит в заблуждение. Правильнее говорить обратная сторона Луны.
Светится ли Луна сама хоть чуть-чуть?
Здесь можно придраться к словам.
Любое тело с температурой выше абсолютного нуля испускает электромагнитное излучение. Нагретая Солнцем поверхность Луны тоже излучает энергию, главным образом в инфракрасном диапазоне.
Но человеческий глаз этого теплового излучения не видит.
Когда мы спрашиваем, почему Луна сияет на небе, речь идёт о видимом свете. И этот видимый свет — почти полностью отражённый солнечный свет.
Так что говорить «Луна сама светит» в обычном смысле неверно.
Почему Луна иногда красная, жёлтая или оранжевая?
В Wordstat рядом с запросом «почему Луна светится» встречаются вопросы о красной и жёлтой Луне.
Но цвет не означает, что Луна внезапно начала производить другой свет.
Когда Луна находится низко над горизонтом, её свет проходит через более толстый слой земной атмосферы. Коротковолновая синяя часть света сильнее рассеивается, а до глаз лучше доходит красноватая и оранжевая.
Похожая причина делает Солнце красным на закате.
А во время полного лунного затмения Луна тоже может становиться медно-красной: солнечный свет проходит через земную атмосферу, преломляется и достигает Луны уже изменённым.
Это хороший пример того, как атмосфера способна менять вид света. Похожую роль рассеяние и преломление играют и в других природных явлениях — например, когда появляется радуга.
Почему звёзды светятся иначе?
Теперь можно провести простой тест.
Солнце — звезда и само производит энергию и свет.
Другие звёзды — тоже огромные раскалённые шары, только находятся невероятно далеко от нас.
Луна — сравнительно маленькое холодное тело, которое видно благодаря отражённому свету.
Поэтому астрономы делят объекты не по принципу «видно — значит само светится», а по их природе.
Яркая точка на небе может быть звездой, планетой, спутником или даже искусственным аппаратом. Чтобы понять, что перед нами, одного факта видимости недостаточно.
Мини-опыт: сделай собственные фазы Луны
Понадобятся фонарик и белый или светло-серый мяч.
- Затемни комнату.
- Поставь фонарик на одном месте — это будет Солнце.
- Держи мяч на вытянутой руке — это Луна.
- Твоя голова играет роль Земли и наблюдателя.
- Медленно поворачивайся, не меняя положение фонарика.
Ты увидишь, как освещённая часть мяча превращается из узкого серпа в половину, затем почти в полный круг.
Самое важное: фонарик всё время освещает половину мяча. Меняется только то, какую долю освещённой половины видишь ты.
Это и есть модель фаз Луны.
Не направляй очень яркий фонарик прямо в глаза и не проводи опыт с лазером.
Можно ли увидеть доказательство отражённого света собственными глазами?
Да. И даже не одно.
Первое доказательство — фазы. Они точно соответствуют тому, как меняется освещение шара при движении вокруг другого тела.
Второе — пепельный свет. Он показывает, что Луна способна отражать даже сравнительно слабый свет, пришедший сначала от Земли.
Третье — лунные затмения. Когда Земля действительно перекрывает прямой солнечный свет, вид Луны заметно меняется.
Четвёртое — наблюдения космических аппаратов. Они фотографируют Луну с разных направлений и показывают ту же простую картину: освещённую Солнцем дневную сторону и тёмную ночную.
А если бы Солнце вдруг погасло?
Представим невозможный фантастический опыт: Солнце мгновенно перестало излучать свет.
Луна тоже перестала бы сиять привычным нам образом — после того, как до неё и до Земли дошло бы отсутствие солнечного света.
Это ещё раз показывает, что Луна зависит от внешнего источника освещения.
Она похожа не на лампочку, а на дорожный знак в свете фар: знак хорошо виден, но энергия света возникла не в нём.
Коротко: почему Луна светится?
- Луна не является звездой и не создаёт видимый свет как Солнце.
- Солнце освещает примерно половину Луны.
- Лунная поверхность отражает часть солнечных лучей.
- Этот отражённый свет достигает Земли — его мы и называем лунным светом.
- Фазы появляются потому, что с Земли мы видим разные доли освещённой половины Луны.
- Обычные фазы Луны не создаются тенью Земли.
- Луна отражает лишь сравнительно небольшую часть падающего света, но кажется яркой из-за близости и тёмного ночного неба.
- Иногда тёмная часть серпа подсвечивается Землёй — это пепельный свет.
Загадка напоследок
Теперь, когда вечером увидишь Луну, попробуй мысленно продолжить солнечные лучи.
Если виден тонкий серп, спроси себя: где сейчас должно находиться Солнце относительно него? Какая половина Луны освещена? Почему мы видим именно такую часть?
И попробуй найти пепельный свет — слабый серый круг внутри яркого серпа.
Получится почти настоящий астрономический эксперимент без телескопа.
А потом можно задать следующий вопрос: если Луна только отражает солнечный свет, почему небо на Земле днём голубое, а на Луне даже днём остаётся чёрным? Это уже другая загадка — о свете и атмосфере.
Читайте также
- Что такое северное сияние и как оно появляется?
- Откуда берётся радуга?
- Почему идёт дождь?
- Почему море солёное?
Источники для фактчекинга
- NASA Science — Moon Phases: https://science.nasa.gov/moon/moon-phases/
- NASA Science — Moonlight: https://science.nasa.gov/moon/moonlight/
- NASA Science — Top Moon Questions: https://science.nasa.gov/moon/top-moon-questions/
- NASA Earth Observatory — Earthshine: https://science.nasa.gov/earth/earth-observatory/earthshine-83782/
- NASA NSSDC — Moon Fact Sheet: https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/moonfact.html
Источники иллюстраций
- Full moon.jpeg — NASA/JPL/USGS, Wikimedia Commons: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Full_moon.jpeg
- Lunar phase diagram.png — Thomas Splettstoesser, Wikimedia Commons: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lunar_phase_diagram.png
- The crescent Moon and earthshine.jpg — ESO/B. Tafreshi/TWAN, Wikimedia Commons: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_crescent_Moon_and_earthshine.jpg
