Fala opozycji
Gwałtowny wzrost opozycji (czasami znany jako efekt opozycji , skok opozycji lub efekt Seeligera ) to rozjaśnienie szorstkiej powierzchni lub obiektu z wieloma cząsteczkami , gdy jest oświetlony bezpośrednio z tyłu obserwatora. Termin ten jest najczęściej używany w astronomii , gdzie generalnie odnosi się do nagłego zauważalnego wzrostu jasności ciała niebieskiego, takiego jak planeta , księżyc lub kometa , jako kąta fazowego obserwacji zbliża się do zera. Została tak nazwana, ponieważ światło odbite od Księżyca i Marsa wydaje się znacznie jaśniejsze niż przewidywał prosty współczynnik odbicia Lamberta w astronomicznej opozycji . Zaproponowano dwa fizyczne mechanizmy tego zjawiska obserwacyjnego: ukrywanie cienia i spójne rozproszenie wsteczne.
Przegląd
Kąt fazowy definiuje się jako kąt między obserwatorem, obserwowanym obiektem i źródłem światła. W przypadku Układu Słonecznego źródłem światła jest Słońce, a obserwatorem jest zazwyczaj Ziemia. Przy zerowym kącie fazowym Słońce znajduje się bezpośrednio za obserwatorem, a obiekt bezpośrednio przed nim, w pełni oświetlony.
Gdy kąt fazowy obiektu oświetlonego przez Słońce maleje, jasność obiektu gwałtownie wzrasta. Wynika to głównie ze zwiększonego obszaru oświetlonego, ale częściowo z powodu wewnętrznej jasności części oświetlonej światłem słonecznym. Wpływ na to mają takie czynniki jak kąt, pod jakim obserwuje się światło odbite od obiektu. Z tego powodu księżyc w pełni jest ponad dwa razy jaśniejszy niż księżyc w pierwszej lub trzeciej kwadrze, mimo że oświetlony widoczny obszar wydaje się dokładnie dwa razy większy.
Mechanizmy fizyczne
Ukrywanie się cienia
Kiedy kąt odbicia jest zbliżony do kąta, pod jakim promienie światła uderzają w powierzchnię (to znaczy, gdy Słońce i obiekt znajdują się blisko opozycji z punktu widzenia obserwatora), ta wewnętrzna jasność jest zwykle bliska maksimum. Przy kącie fazowym równym zero stopni wszystkie cienie znikają, a obiekt jest w pełni oświetlony. Kiedy kąty fazowe zbliżają się do zera, następuje nagły wzrost pozornej jasności, a ten nagły wzrost nazywany jest skokiem opozycji.
Efekt jest szczególnie wyraźny na powierzchniach regolitu ciał pozbawionych powietrza w Układzie Słonecznym . Zwykle główną przyczyną tego efektu jest to, że małe pory i wgłębienia na powierzchni, które w przeciwnym razie byłyby w cieniu przy innych kątach padania, stają się oświetlone, gdy obserwator znajduje się prawie w tej samej linii, co źródło oświetlenia. Efekt jest zwykle widoczny tylko dla bardzo małego zakresu kątów fazowych bliskich zeru. W przypadku ciał, których właściwości odbicia zostały zbadane ilościowo, szczegóły efektu opozycji - jego siła i zasięg kątowy - są opisane przez dwa parametry Hapkego . W przypadku pierścieni planetarnych (takich jak Saturn ), fala opozycji jest spowodowana odkrywaniem cieni na cząsteczkach pierścienia. To wyjaśnienie zostało po raz pierwszy zaproponowane przez Hugo von Seeligera w 1887 roku.
Spójne rozproszenie wsteczne
Teorią dodatkowego efektu, który zwiększa jasność podczas opozycji, jest spójne rozproszenie wsteczne. W przypadku spójnego rozpraszania wstecznego światło odbite jest wzmacniane pod wąskimi kątami, jeśli wielkość rozpraszaczy na powierzchni ciała jest porównywalna z długością fali światła, a odległość między rozpraszającymi cząstkami jest większa niż długość fali. Wzrost jasności wynika z spójnego łączenia światła odbitego ze światłem emitowanym.
Spójne zjawisko rozproszenia wstecznego zaobserwowano również w przypadku radaru . W szczególności niedawne obserwacje Tytana z odległości 2,2 cm za pomocą Cassini wykazały, że do wyjaśnienia wysokiego albedo na falach radarowych potrzebny jest silny spójny efekt rozproszenia wstecznego.
Kropelki wody
w różnych sytuacjach tworzyć jasne plamy wokół punktu antysłonecznego . Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Heiligenschein i Glory (zjawisko optyczne) .
W całym Układzie Słonecznym
Istnienie fali opozycji zostało opisane w 1956 roku przez Toma Gehrelsa podczas jego badania światła odbitego od asteroidy . Późniejsze badania Gehrelsa wykazały, że ten sam efekt można wykazać w jasności księżyca. Ukuł termin „efekt opozycji” dla tego zjawiska, ale bardziej intuicyjny „wzrost opozycji” jest obecnie szerzej używany.
Od wczesnych badań Gehrelsa odnotowano gwałtowny wzrost opozycji w przypadku większości pozbawionych powietrza ciał Układu Słonecznego. Żaden taki wzrost nie został zgłoszony dla ciał ze znaczną atmosferą.
W przypadku Księżyca BJ Buratti i in. zasugerowali, że jego jasność wzrasta o około 40% między kątem fazowym 4° a 0° i że wzrost ten jest większy w przypadku obszarów górskich o bardziej szorstkiej powierzchni niż w przypadku stosunkowo gładkich mórz . Jeśli chodzi o główny mechanizm zjawiska, pomiary wskazują, że efekt opozycji wykazuje tylko niewielką zależność od długości fali: skok jest o 3-4% większy przy 0,41 μm niż przy 1,00 μm. Wynik ten sugeruje, że główną przyczyną gwałtownego wzrostu opozycji Księżyca jest ukrywanie cienia, a nie spójne rozproszenie wsteczne.
Zobacz też
- Albedo
- Dwukierunkowa funkcja odbicia
- Widmo Brockenu , pozornie ogromny i powiększony cień obserwatora rzucany na górne powierzchnie chmur naprzeciw Słońca
- Gegenscheina
- Geometryczne albedo
Linki zewnętrzne
- Hayabusa obserwuje falę opozycji asteroidy Itokawa
- efekt opozycji , strona internetowa „Optyka atmosferyczna”. Zawiera zdjęcie fali opozycji na Księżycu
- mechanizm efektu opozycji , strona internetowa „Optyka atmosferyczna”. Schematyczne przedstawienie fali opozycji
- Strona z gwałtownym wzrostem opozycji „The-Moon Wikispaces”.
- Wzrost opozycji na pierścieniu B Saturna widziany przez Cassini – Huygens