网友提问:
月球不是镜子,为什么反射出的光那么亮?
优质回答:
大家都知道,月球表面之所以发亮,是因为反射了太阳的光线。月球由于与地球之间形成了潮汐锁定,它正对着地球的一面始终向着地球在公转。严格意义上的公转周期,即月球重新回到与地球之间相对位置的起点处的时间为29.53天;如果拿月相的变化周期,即考虑到地球、月球和太阳三者之间的位置,那么月球的公转周期为27.32天,这2天多一点的时间差,正是弥补了在这个周期内地球围绕太阳运行的距离。
根据反射面的粗糙情况,我们把光线的反射分为镜面反射和漫反射两种。镜面反射是指反射面非常光滑,平行的入射光线在反射后也将平行地被反射出去,虽然在现实生活中我们找不到严格意义上的镜面反射,但可以把一些表面比较光滑的反射面近似地看作镜面,比如平静的湖面、穿衣镜等等,它们反射的光线亮度基本等同于入射光线。而表面比较粗糙的反射面,平行的光线在照射之后,由于表面的凹凸不平,其反射光线会向四面八方散射出去,因此我们看到的反射光会暗淡不少。
其实宇宙中任何行星和卫星的表面都是凹凸不平的,具有高低起伏的地貌,恒星的光线在照射到它的表面之后,除了一部分被吸收之外,其余的将按照光线的反射定律被返回宇宙空间中,这种反射一定是漫反射而非镜面反射,在此过程中,进入到我们眼中的反射光线,与恒星入射到这些行星或者卫星表面的光线强度,肯定要衰减很多。比如月球,科学家们测算,其反射到地球的光线,仅是太阳光照射到月球表面亮度的10%左右。
之所以这10%的光线,我们在夜空看到的比较亮,是因为其它星星的反差所致。虽然夜空中的很多星星都是恒星,它们到达地球的是直接入射的光线,但由于距离地球都非常远,最近的恒星距离地球也要4.2光年,折合40万亿公里。而在太阳系中,距离地球最近的行星也有4100万公里,月球距离地球的距离仅38万公里,使得从地球上看,月亮本身的可视角很大,光线在反射过程中的损耗也较少,因此夜晚月球看起来比较明亮。
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给你举个例子说,我们身边的人和物都不是镜子,如果他们不反射光,我们是看不到他们的,假如他们是镜子一样的东西,你会觉得刺眼,也就是说“如果月亮是镜子,我们又在其反射日光的反射角内,那将是很刺眼的,就如同我们直看太阳一样”。
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月球也被叫做月亮,由于距离地球比较近,又是地球的一颗天然卫星,所以被我们所熟悉。
每当夜晚的时候,抬头看就能看到天空中发光的月亮,可事实上月球月球本身是不会发光的。
月球为什么会发光?
先来说一下光,在同种均匀介质中,光是沿直线传播的,而如果光是在两种不同密度的介质分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象,叫做光的反射。其实月球的光就是发生了漫反射效应。月球的本身是一个比较黯淡的星球,虽然环境相当恶劣,而且上面还有众多灰尘,但它还是可以反射光的。
月球会把光线通过不同的角度发射出去,加上月球的表面不是光滑的,所以光线可以通过不同角度来到地球。简单来说,月球发出的光是通过太阳反射的。
月球不是镜子,但是同样可以反射太阳光
科学家研究月球发现,其表面存在许陨石坑,甚至还有高山地带和低洼地带,而光又不是只在光滑的平面上才会传播以及发生反射现象,我们要知道光可是在真空中都能传播的,在一个粗糙的物体上也是可以传播的,不过月球上的反射原理与普通的反射原理有点不同而已。月球的对太阳光的吸收率也是很高的,表面粗糙丝毫不影响光的传播及反射。
月亮既然不是镜子,反射的光线自然是没有镜面反射的光亮,但是反射的光也是足够我们人眼看见的。
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有位小伙伴提出这样问题,其实是很好解释的问题。由于这是科普性的文章,所以在解释上,我尽量不用专业术语,这样便于大家理解。
月球之所以反光,有以下原因。
一.月球本身并不发光
月球本身并不发光,因此,我们说月球是靠太阳的反射光反射到地球的。
我们知道,月球表面是很粗糙的,月球上有很多陨石坑,也有平原,也有类似的山脉,总之月球不是一个平坦的一个球体。
那么,月球的反射光是属于什么光呢?月球的反射光我们称之为漫反射。
二.什么是漫反射
漫反射是指光线被粗糙表面无规则地向各个方向反射的现象。很多物体,如植物、墙壁、衣服等,其表面粗看起来似乎是平滑,但用放大镜仔细观察,就会看到其表面是凹凸不平的,所以本来是平行的太阳光被这些表面反射后,就弥漫地射向不同方向。
当一束平行光触及光滑物体表面时,光线则发生规律性反射,反射后的光线也相互平行,这种规律性反射称为光的单向反射或镜面反射。但物体的光滑程度是相对的,而一般物体的表面多粗糙不平,入射线虽然为平行光线,但反射后的光线则向各个方向分散,此种现象为光的漫反射。
人眼之所以能看清物体的全貌,主要是靠漫反射光在眼内的成像。如是全部单向反射的物体表面,不但看不清物体的外貌,还会引起某一方向上的眩光干扰现象。
漫反射的每条光线均遵循反射定律。平行光束经漫反射后不再是平行光束。由漫反射形成的物体亮度,一般视光源强度和反射面性质而定。[1]
三.月光的漫反射强度
我们在满月的夜晚,往往觉得月光很亮,这与月光的漫反射强度有关。那么月光有紫外线吗?
月亮也有紫外线,但比太阳弱的多.因为月光是太阳光的反射,而反射光只是入射光的一部分,还有大部分被月球吸收了.而紫外线是太阳光的一部分,他的穿透能力远不如红外线,还不如可见光.所以经月球反射的紫外线再穿过大气层就很弱了. 设太阳辐射强度到地球处为E, 那月亮处也可以认为是E 月亮的反射率约为0.1, 能反射的表面是月亮的半个表面(注意并不是所有的地方都一样反射强度到地球). 这些反射的太阳光到地球这样的距离后, 面积已经扩散了很多倍, 强度进一步降低. 降低多少呢?
月地距离约是月亮半径的200倍, 所以面积扩大了40000倍.所以月光到地球后强度大约是0.1E/40000. 这是什么概念呢? 在太阳下晒10分钟相当于月光下晒七年半的量。这个估计准确程度如何呢? 太阳约-26 等, 月亮约-12等. 而这个估算结果给出的信息是, 太阳比月亮高-2.5log(0.1/40000)=14 等。现在可以理解为什么我们古代说”花前月下”而不是”花前日下”了, 主要是考虑到安全的原因.
四.在地球看月亮为什么那么亮?
刚才我们讲到,月光到地球后强度大约是0.1E/40000,这个亮度相当于100w的电灯的亮度。更主要的原因,月球背景是浩瀚的宇宙,相比之下,我们看到的月光就更亮一些了。
小结:月亮本身不发光,我们看到的是太阳对月球的漫散射光,它的亮度相当于太阳的1/40000,当然月有盈亏,当我们看到只有一弯月亮的时候,尤其是日月同时出现的时候,那它的亮度是很低很低的。
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宇宙中除了黑洞任何物体都能反光,月亮是由于太阳光的照射而反光,就如夜晚大街上路灯下你能看到行人一样的道理。