Всплеск оппозиции

Всплеск оппозиции (иногда известный как эффект оппозиции , всплеск оппозиции или эффект Зилигера) . ^[1]) — это осветление шероховатой поверхности или объекта с множеством частиц при освещении непосредственно позади наблюдателя. Этот термин наиболее широко используется в астрономии , где обычно он относится к внезапному заметному увеличению яркости небесного тела , такого как планета , луна или комета , когда его фазовый угол наблюдения приближается к нулю. Он назван так потому, что отраженный свет от Луны и Марса кажется значительно ярче, чем предсказывает простой коэффициент отражения Ламберта в астрономическом противостоянии . Для этого наблюдательного явления были предложены два физических механизма: сокрытие теней и когерентное обратное рассеяние.

Обзор

Фазовый угол определяется как угол между наблюдателем, наблюдаемым объектом и источником света. В случае Солнечной системы источником света является Солнце, а наблюдатель обычно находится на Земле. При нулевом фазовом угле Солнце находится прямо позади наблюдателя, а объект находится прямо перед ним и полностью освещен.

Когда фазовый угол объекта, освещенного Солнцем, уменьшается, яркость объекта быстро увеличивается. Это происходит главным образом из-за увеличения освещенной площади, но также частично из-за собственной яркости той части, которая освещена солнцем. На это влияют такие факторы, как угол, под которым наблюдается свет, отраженный от объекта. По этой причине полная луна более чем в два раза ярче луны в первой или третьей четверти, хотя видимая освещенная область кажется ровно в два раза больше.

Физические механизмы

Тень скрывается

Когда угол отражения близок к углу, под которым лучи света падают на поверхность (то есть, когда Солнце и объект близки к оппозиции с точки зрения наблюдателя ), эта собственная яркость обычно близка к своему максимуму. При фазовом угле ноль градусов все тени исчезают и объект полностью освещен. Когда фазовые углы приближаются к нулю, происходит внезапное увеличение видимой яркости, и это внезапное увеличение называется оппозиционным всплеском.

Эффект особенно выражен на реголитовых поверхностях безвоздушных тел Солнечной системы . Обычно основная причина этого эффекта заключается в том, что небольшие поры и ямки на поверхности, которые в противном случае были бы в тени при других углах падения, становятся освещенными, когда наблюдатель находится почти на той же линии, что и источник освещения. Эффект обычно виден только в очень небольшом диапазоне фазовых углов, близких к нулю. Для тел, отражательные свойства которых были количественно изучены, детали эффекта противодействия – его сила и угловая протяженность – описываются двумя параметрами Хапке . В случае планетарных колец (таких как Сатурн ) всплеск противостояния происходит из-за раскрытия теней на частицах кольца. Это объяснение было впервые предложено Гуго фон Зеелигером в 1887 году. ^[2]

Когерентное обратное рассеяние

Теория дополнительного эффекта, увеличивающего яркость во время противостояния, - это теория когерентного обратного рассеяния. ^[3] При когерентном обратном рассеянии отраженный свет усиливается под узкими углами, если размеры рассеивателей на поверхности тела сравнимы с длиной волны света, а расстояние между рассеивающими частицами больше длины волны. Увеличение яркости происходит за счет когерентного объединения отраженного света с излучаемым светом.

Явление когерентного обратного рассеяния также наблюдалось с помощью радара . В частности, недавние наблюдения Титана на высоте 2,2 см с помощью Кассини показали, что для объяснения высоких альбедо на радиолокационных длинах волн необходим сильный эффект когерентного обратного рассеяния. ^[4]

Капли воды

На Земле капли воды также могут создавать яркие пятна вокруг антисолнечной точки в различных ситуациях. Подробнее см. Heiligenschein и Glory (оптическое явление) .

По всей Солнечной системе

Существование всплеска сопротивления было описано в 1956 году Томом Герелсом во время исследования отраженного света от астероида . ^[5] Более поздние исследования Герелса показали, что тот же эффект может проявляться в яркости Луны. ^[6] Он ввел для этого явления термин «эффект оппозиции», но теперь более широко используется более интуитивный «всплеск оппозиции».

Со времени ранних исследований Герельса для большинства безвоздушных тел Солнечной системы наблюдался всплеск сопротивления. Для тел со значительной атмосферой о таком всплеске не сообщалось.

В случае Луны Б. Дж. Буратти и др. предположили, что его яркость увеличивается примерно на 40% между фазовым углом 4 ° и углом 0 °, и что это увеличение больше для горных районов с более шероховатой поверхностью, чем для относительно гладких морей . Что касается основного механизма явления, измерения показывают, что эффект оппозиции имеет лишь небольшую зависимость от длины волны: всплеск на 3-4% больше на длине волны 0,41 мкм, чем на длине волны 1,00 мкм. Этот результат предполагает, что основной причиной всплеска лунного противостояния является сокрытие теней, а не когерентное обратное рассеяние. ^[7]

См. также

Альбедо
Функция двунаправленного отражения
Брокенский призрак , кажущаяся огромной и увеличенная тень наблюдателя, отбрасываемая на верхнюю поверхность облаков напротив Солнца.
Контранота
Геометрическое альбедо

Ссылки

^ Хамин-Анттила, Калифорния; Пюикко, С. (июль 1972 г.). «Фотометрическое поведение колец Сатурна в зависимости от сатурноцентрических широт Земли и Солнца». Астрономия и астрофизика . 19 (2): 235–247. Бибкод : 1972A&A....19..235H .
^ Зилигера Х. (1887). «К теории освещения больших планет, особенно Сатурна». Деп. Байер. Академическая наука Математика. кл . 16 : 405–516.
^ Хапке, Б. Когерентное обратное рассеяние: объяснение необычных радиолокационных свойств спутников внешних планет Икар 88 : 407:417.
^ Янссен, Массачусетс; Ле Галль, А.; Уай, LC (2011). «Аномальное обратное рассеяние радара от поверхности Титана?» . Икар . 212 (1): 321–328. Бибкод : 2011Icar..212..321J . дои : 10.1016/j.icarus.2010.11.026 . ISSN 0019-1035 .
^ Герелс, Т. (1956) « Фотометрические исследования астероидов. V: Кривая блеска и фазовая функция 20 Массалии ». Астрофизический журнал 195 : 331-338.
^ Герелс, Т.; Коффен, Т.; И Оуингс, Д. (1964) « Зависимость поляризации от длины волны. III. Лунная поверхность ». Астрон. Дж. 69 : 826–852.
^ Буррати, БиДжей; Хиллер, Дж. К.; И Ван, М. (1996) « Всплеск лунной оппозиции: наблюдения Клементины ». Икар 124 : 490–499.

Внешние ссылки

Хаябуса наблюдает за всплеском сопротивления астероида Итокава ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
Эффект оппозиции , сайт "Оптика атмосферы". Включает изображение всплеска оппозиции на Луне.
Механизм оппозиционного эффекта , сайт "Оптика атмосферы". Схематическое изображение всплеска оппозиции
Страница оппозиции "Википространства Луны"
Всплеск оппозиции на кольце B Сатурна глазами Кассини-Гюйгенса

[Hameen-Anttila-1] Хамин-Анттила, Калифорния; Пюикко, С. (июль 1972 г.). «Фотометрическое поведение колец Сатурна в зависимости от сатурноцентрических широт Земли и Солнца». Астрономия и астрофизика . 19 (2): 235–247. Бибкод : 1972A&A....19..235H .

[volSeeliger-2] Зилигера Х. (1887). «К теории освещения больших планет, особенно Сатурна». Деп. Байер. Академическая наука Математика. кл . 16 : 405–516.

[3] Хапке, Б. Когерентное обратное рассеяние: объяснение необычных радиолокационных свойств спутников внешних планет Икар 88 : 407:417.

[Janssen2011-4] Янссен, Массачусетс; Ле Галль, А.; Уай, LC (2011). «Аномальное обратное рассеяние радара от поверхности Титана?» . Икар . 212 (1): 321–328. Бибкод : 2011Icar..212..321J . дои : 10.1016/j.icarus.2010.11.026 . ISSN 0019-1035 .

[5] Герелс, Т. (1956) « Фотометрические исследования астероидов. V: Кривая блеска и фазовая функция 20 Массалии ». Астрофизический журнал 195 : 331-338.

[6] Герелс, Т.; Коффен, Т.; И Оуингс, Д. (1964) « Зависимость поляризации от длины волны. III. Лунная поверхность ». Астрон. Дж. 69 : 826–852.

[7] Буррати, БиДжей; Хиллер, Дж. К.; И Ван, М. (1996) « Всплеск лунной оппозиции: наблюдения Клементины ». Икар 124 : 490–499.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]