Почему луна у горизонта кажется гораздо большего размера чем в небе кратко
Обновлено: 30.06.2024
Ясно, что Луна не может быть то меньше, то больше в физическом смысле, но почему тогда создается такая оптическая иллюзия? О ней говорят многие ученые, а не только простые любители понаблюдать за ночным небом. К слову, такой же эффект мы наблюдаем, когда смотрим на восходящее или заходящее Солнце, а также на перемещающиеся по небосклону созвездия.
Теория кажущейся удалённости объясняет, почему Луна у горизонта больше, чем высоко в небе
Луна возле линии горизонта обладает таким же видимым угловым диаметром, как и высоко в небе. Однако мозг отличает ее от объектов, располагающихся на земле, и компенсирует искажения перспективы.
Многие столетия ученые не могли дать точного объяснения этому феномену, и лишь в 1962 году стало ясно, что главную роль в восприятии размеров светила имеют наглядные ориентиры. То есть мы подсознательно сравниваем размер всего, что лежит перед нами на плоскости земли, с тем, что видим в конце перспективы. Так как мы знаем, что Луна находится условно у горизонта, мозг считает, что объект удален больше других. Но как только другие объект исчезают из поля зрения, Луна уже не так впечатляет своими размерами.
Противники этой теории доказали, что иллюзия размера Луны может и не зависеть от других объектов. Наблюдая за ней в темный светофильтр, ученые заметили, что светило вновь казалось большим у горизонта, притом что никаких земных объектов видно не было.
Теория о роли конвергенции глаз
В разные годы появлялись и другие теории, например, следующая. Так, размер Луны может зависеть от степени конвергенции глаз смотрящего. Когда человек поднял глаза на линию горизонта, усилились импульсы к конвергенции глаз, потому и появилась иллюзия.
А когда мы смотрим вверх, на небо, то глаза автоматически дивергируют. То есть нам может казаться, что Луна такая большая у горизонта, и такая маленькая высоко в небе по причине конвергенции глаз.
Теория относительного размера
И все же ученые склонны считать, что все в этом мире относительно, кажущиеся размеры Луны в том числе. Мы обязательно сравниваем все, что видим. Луна у горизонта воспринимается не обособленно, ведь глаз также видит и постройки, деревья, горы. Именно на их фоне кажется, что ночное светило больше. А вот высоко в небе оно уже не так удивляет своими размерами, несмотря на то, что оно все равно гораздо больше для земного наблюдателя, чем любые планеты и звезды.
Эту проблему описали не только астрономы, но и психолог Герман Эббингауз. Он показал иллюзию с помощью обычных разноцветных кругов, нарисованных на листе. Слева располагался оранжевый круг в центре больших синих кругов, а справа — такой же оранжевый в окружении маленьких. Человеческий мозг воспринимает как объект большего размера тот, который справа. Это происходит потому, что мы невольно сравниваем его с фигурами, которые находятся в непосредственной близости. Но на самом деле оба оранжевых круга одного размера.
Этот же эффект происходит при наблюдении за Луной. На фоне земных объектов она всегда будет казаться больше, впрочем, это очень радует романтиков и мечтателей, ведь большая Луна — захватывающее зрелище.
"Гораздо большего размера" - это чисто субъективное мнение. Восприятие человека зависит от очень многих факторов - посмотрите огромное количество оптических иллюзий - многие из них кажутся просто невероятными. Но стОит взять линейку - и выясняется, что глазомер обманывает. С Луной - тоже самое. Разница, конечно, может быть за счет - искажений в атмосфере, но они незначительны - чтобы убедится в этом следует каким-либо прибором измерить угловой размер Луны - он окажется близким к 0.5 градуса и от положения Луны над горизонтом зависеть будет очень слабо. Гораздо сильнее он зависит от расстояния между Луной и Землей, которое колеблется в пределах примерно 10 процентов из-за эллиптичности Лунной орбиты. Кстати, на расстояние между наблюдателем и Луной еще влияет радиус Земли. В зените Луна ближе к наблюдателю - т.е. приборные измерения дадут даже обратный эффект - у горизонта угловой размер Луны в среднем немного меньше, чем в зените.
Если задать вопрос случайному респонденту о том, в каком случае Луна имеет больший видимый размер — когда она у горизонта или высоко в небе, вероятнее всего вы получите ответ, что “у горизонта Луна больше”. Если спросите о том, почему человек так считает, то узнаете, что ваш собеседник много раз видел большую Луну низко над домами и деревьями. Больше всего она была ровно на самом восходе. А высоко в небе Луна всегда была гораздо меньшей на вид.
Безусловно, есть люди, которые могут ответить иначе. Но большинство голосуют в пользу большой Луны у горизонта и маленькой высоко в небе.
Отдельно замечу, что кто-то может говорить о Луне в зените — в высшей точке небосвода — там Луна совсем маленькая (как может показаться). Но с территории России увидеть Луну точно в зените нельзя. И хотя в самой южной точке России — в труднодоступных районах Кавказа — на границе с Азербайджаном — в некоторые периоды, повторяющиеся раз в 18 лет, высота Луны может достигать 79 градусов (11 градусов до зенита не хватает — и это для не вовлеченного в астрономию человека уже “почти там”), но в подавляющем большинстве населенных пунктов Луна не забирается в небо выше 60 градусов, а ведь это только ⅔ на пути к зениту.
Человек, тысячелетиями живший собирательством плодов, аграрным трудом, и по сей день с большим усилием поднимает голову вверх. В его восприятии все, что выше 45 градусов — это уже в зените.
Вернемся к Луне
Мне тоже много лет в моей жизни казалось очевидным, что у горизонта Луна больше, крупнее, а значит — ближе к Земле. Причем, разница эта казалась весьма существенной. Но все поменялось, когда я стал изучать астрономию в Московском Планетарии. Я тогда был в 5-м классе, и не смотря на то, что астрономия во многом базируется на геометрии, которую в школе мы тогда еще не проходили, много внезапно перевернулось с головы на ноги, и встало на свои места.
Да и как раньше такое могло представляться иначе?!
Человечек, наблюдающий Луну у горизонта, расположен дальше от Луны на радиус Земли, если сравнивать его расположение с тем, которое имеет по отношению к Луне наблюдатель, созерцающий Луну в зените.
На схеме все очевидно, но насколько это было бы очевидно в реальной жизни?
Вообще ни на сколько. Более того, очевидно обратное.
Но почему?
Потому что человек — не угломерный инструмент, не транспортир какой-нибудь. Человек — существо воспринимающее мир субъективно, и исключительно через сравнение одного объекта с другим, да и то — весьма искаженно.
Луна низко висит над домами. Её можно сравнить с каким-нибудь домом. Например, Луна примерно соответствует размеру какого-то далекого дома. Получаем 1:1 — Луна как дом. Но мы же понимаем, хотя и не проговариваем это: Дом далеко, но он сам по себе большой — больше человека, а значит и Луна большая. Больше ничего здесь не надо, в сознании укрепилась мысль, что Луна размером с дом. И даже, если Луна имеет угловой размер меньше, чем дом, может включиться другой механизм восприятия: Дом темный, а Луна светлая. А, как известно, “белый цвет полнит”.
А теперь смотрим на Луну высоко в небе — сравнить её там не с чем, кроме как с самим небом, которое огромно — небо превышает Луну в угловых размерах в 360 раз! Какая Луна в сравнении с небом? — маленькая! Очень маленькая.
Вот и все причины, по которым Луна у горизонта кажется большой.
Но это не все, что можно сказать о размерах Луны
Многие замечали, что у горизонта Луна (как и Солнце) слегка сплюснутое. Величина этой диспропорции (которая сходит на нет по мере увеличения высоты светил над горизонтом) хорошо заметна глазом, и может достигать 10 и более процентов. Это не полтора процента. Это хорошо заметно глазом.
Откуда это берется? Вряд ли Луна сплющивается сама по себе. К тому же, кто-то на планете в соседнем часовом поясе видит Луну уже поднявшуюся повыше, и вполне себе круглую, а не дынеобразную.
Когда Луна высоко, её свет достигает наблюдателя сквозь атмосферу самой прямой дорогой — с минимальным поглощением и почти не преломляясь в воздухе. Воздух — среда преломляющая световые лучи, изменяющая их направление — как вода или стекло, но несколько слабее.
Если Луна высоко, то её свет входит в атмосферу в направлении близком (ну, условно) к перпендикулярному, что не создает значительных оптических искажений. Но когда Луна низко над горизонтом, её лучи достигают наблюдателя входя в атмосферу очень полого, преломляются сильнее, и вот тут происходят интересные эффекты.
В результате этих эффектов вертикальный видимый размер Луны — правильно! — уменьшается. А горизонтальный остается практически таким же, как если бы Луна была в зените.
Опять мы сталкиваемся с тем, что положение Луны у горизонта приводит к уменьшению её видимых размеров. В данном случае за счет атмосферной рефракции (вот так правильно называется это явление — “атмосферная рефракция”). Влияние атмосферной рефракции на видимый размер Луны гораздо заметнее, нежели изменение её углового поперечника в случае разницы в расстоянии — в предыдущем случае. Но рефракция влияет только на вертикальный размер. Сильно влияет. В момент восхода — в зависимости от сезона и температуры воздуха — Луна может превратиться буквально в “лепешку”… ладно, в тыкву. Но уже через несколько минут сплюснутость лунного лика перестанет бросаться в глаза и окажется совершенно незаметной.
Более всего описанный эффект проявляется в первые минуты после восхода, или за несколько минут до захода — это в равной мере касается и Луны, и Солнца, и даже планет, но планеты сильно меркнут на небольших высотах, и заметить их метаморфозу можно только в телескоп.
Но и это еще не все
Луна сама по себе бывает либо дальше от Земли, либо ближе к ней. И это самая серьезная причина того, что видимый размер Луны может меняться от ночи к ночи в течение месяца.
В самом начале статьи я использовал для простоты среднее расстояние от Земли до Луны — 384 400 километров. Это расстояние меняется в довольно широких пределах — от 356 тыс.км до 407 тыс.км — более чем на 10%, что на порядок превосходит суточные колебания размеров между Луной в Зените и Луной у горизонта (описанные в самом начале), и вполне сопоставимы с тем влиянием, какое оказывает на вид Луны атмосферная рефракция — те же 10%. Но стоит отметить, что атмосферная рефракция уменьшает вертикальный размер Луны, а изменение расстояния до Луны из-за эллиптичности её орбиты влияет на видимый размер нашего естественного спутника целиком — не нарушает пропорций его облика.
Но происходят такие изменения медленнее — не за сутки, а за месяц… хотя, на самом деле, немного быстрее. Луне требуется 27 с небольшим суток, чтобы сделать круг по своей орбите — от точки перигея (где она ближе всего к Земле), добраться до апогея (где расстояние от Луны до Земли максимальное), и вновь вернуться в перигей.
Цикл смены лунных фаз немного длиннее — почти 30 суток.
То и другое в астрономии называется месяц, но в первом случае это так называемый “сидерический месяц” — период времени, за который Луна делает полный оборот по своей орбите, оказываясь вновь в направлении тех же звезд.
Во втором случае мы имеем дело с “синодическим месяцем” — периодом времени, за который проходит полный цикл смены лунных фаз. Это чуть больше полного оборота по орбите, ведь фазы Луны определяются взаимным положением Луны и Солнца. И сделав оборот по орбите, Луна еще 2 дня догоняет Солнце, сместившееся по эклиптике на целое созвездие.
У разницы между сидерическим и синодическим месяцами есть интересное следствие:
В одном календарном году укладывается 12 синодических месяцев и 13 сидерических месяцев. Когда людям рассказывают историю возникновения первых календарей, а лунный календарь — один из первых, то говорят, что Луна делает вокруг Земли за год 12 оборотов, и от этого у нас в календаре 12 месяцев.
Это не так
За год Луна 12 раз полностью меняет все свои фазы. Но оборотов по орбите делает 13. На один оборот больше.
Один оборот разменивается на то, чтобы догнать убегающее Солнце.
Истина всегда находится где-то посередине — между нигилизмом ученых в отношении термина “суперлуние”, и попытками журналистов раздуть из Луны сенсацию.
Сам по себе термин “суперлуние” не плохой и не хороший. Он означает, что перигей своей орбиты Луна пройдет в фазе близкой к полнолунию. Луна одновременно будет и полной, и самой большой за месяц.
Как мы уже знаем, в несколько раз больше, чем обычно, Луна на вид не станет — только на несколько процентов. И саму по себе эту разницу люди не замечают. Но когда им говорят: “Посмотрите, в это полнолуние Луна необыкновенно большая”, большинство поддается внушению, и соглашается: “Действительно, какая огромная!”
Правильно подобранные слова способны увеличить воображаемый размер Луны не на проценты, а в разы! И человек остается в убеждении, что однажды видел такую большую Луну, какая бывает в 5000 лет один раз, и ему невероятно повезло.
На самом деле — ничего особенного, ведь Луна каждые 27 суток примерно одинаково сближается, с Землей. Если это сближение совпало с полнолунием, то масло в огонь добавляет именно сама полнота Луны — её полный вид убеждает зрителя в её больших размерах.
Но ведь бывает, что прохождение перигея орбиты застает Луну в серповидной фазе. И тогда этот тонкий серп уже не кажется особенно большим — не может казаться большим то, что тонкое и хрупкое — это, друзья, психология. А если сделать снимок Луны — фотоаппаратом с максимальным зумом (я думаю, что 5x вполне хватит) в разные дни, а лучше — раз в неделю делать снимки, при сравнении изображений вы увидите разницу. А на небе глазом — вряд ли.
Можете провести такой эксперимент. Фотографируйте Луну в разные дни, и отмечайте, в какой из дней Луна показалась Вам самой большой. И потом сравните свои ощущения с тем, что получилось на фотографиях. Окажется, что реально большой Луна была, например, в фазе первой четверти (половинка обращенная округлостью на запад), а субъективное ощущение было, конечно, в пользу полной Луны.
Если Луна оказывается в полнолунии и в точке перигея орбиты практически одновременно — в пределах одних суток, то когда в следующий раз такое произойдет?
Через месяц Луна в точке перигея орбиты окажется уже не полной — до полнолуния ей будет недоставать еще две ночи (та самая разницу между сидерическим и синодическим месяцами), а еще через месяц Луна будет в перигее практически половинкой… Разница только нарастает.
Но, как говаривал Козьма Прутков, кто садиться ужинать слишком поздно, рискует превратить ужин в ранний завтрак.
Рано или поздно, полнолуние настигнет Луну в перигее с обратной стороны. Случится это примерно через год. Но — нет — не ровно через год. Хотя, казалось бы, если перицентр лунной орбиты направлен всегда в сторону одного и того же созвездия, то и суперлуния должны повторять примерно раз в год.
Но все дело в том, что орбита Луны тоже поворачивается со всеми своими ключевыми точками. Это очень сложное вращение. Потому что, например, точки перигея и апогея (линия апсид) делают круг почти за 9 лет, а узлы лунной орбиты (в которых орбита Луны пересекается с плоскостью эклиптики — вблизи этих точек случаются затмения) оборачиваются за 18 лет — этот период называется сарос, или круг затмений.
Этот вопрос являлся предметом спора несколько тысяч лет. Согласно одному популярному мифу, этим вопросом заинтересовался еще Аристотель в 4-м веке до нашей эры. И до сегодняшних дней считалось, что этот оптический эффект увеличения вызывается атмосферой Земли. Суть в том, что оптический эффект здесь действительно играет свою роль, однако работает он здесь скорее в обратном направлении.
На самом деле атмосферная рефракция (преломление в атмосфере световых лучей) заставляет Луну выглядеть меньше в вертикальной плоскости, когда она находится ближе к горизонту, и больше, когда она находится высоко в небе. Если провести расчеты, то станет очевидно, что рефракция, положение Луны на горизонте, а также факт того, что в этот момент наш естественный спутник становится примерно на 6,5 километров удаленнее от нас, фактически заставляет Луну на самом деле выглядеть на 1,5 процента меньше.
Но если не атмосферная рефракция Земли, то что заставляет Луну выглядеть на горизонте больше? Если кратко, то всему виной обычная оптическая иллюзия. Да, это действительно так. Проверить это можно очень просто, даже не имея рядом с собой высокотехнологичных инструментов. Самый высокотехнологичный инструмент, который вам понадобится — обычная линейка. Возьмите линейку и измерьте диаметр Луны, когда она будет находится на горизонте. В ту же ночь, когда Луна будет располагаться выше в небе, измерьте ее диаметр снова. Только убедитесь в том, что для получения более-менее точных результатов линейка будет находится на одинаковом расстоянии от ваших глаз в обоих случаях. Если вы сделаете все правильно, то сами убедитесь, что полученные результаты будут примерно одинаковы, даже несмотря на то, что ваш мозг будет считать, что Луна выглядит в два раза больше, когда находится на горизонте.
Что конкретно вызывает в нашем мозге эту оптическую иллюзию? По поводу этого вопроса ученые до сих пор не пришли к единому мнению, однако весьма вероятно, что это все как-то связано с размеро-согласованностью. Другими словами, наш мозг не может соотнести реальное представление размера объекта с тем, насколько по его мнению этот объект удален от нас. Например, когда вы видите человека вдалеке от вас, его голова кажется невероятно маленькой. Только ваш мозг в этот момент не думает о том, что человек и его голова на самом деле маленькие. Он скорее корректирует ваше восприятие, полагаясь на все то, что в этот момент также будет находиться в вашем поле зрения и таким образом создает восприятие глубины.
Похожий эффект восприятия происходит и в случае Луны. Только на сей раз ваш мозг ошибочно считает, что Луна, находясь на горизонте, расположена дальше от нас, и следовательно она больше. Это иллюзия Понцо, оптический эффект, получивший свое название в честь итальянского психолога Марио Понцо, который первый его и продемонстрировал.
В конце концов наш мозг аналогичным образом начинает считать, что Луна, расположенная на горизонте, на самом деле больше, чем тогда, когда она находится выше в небе. Когда Луна находится на горизонте, деревья, дома и другие детали играют роль сходящихся линий. Объекты переднего плана заставляют наш мозг думать, что Луна больше, чем она есть на самом деле. Когда Луна находится выше горизонта, то мозг не находит ничего, с чем по размеру можно было бы сравнить естественный спутник. Другими словами, мозг в этот момент думает, что чем выше Луна в небе, тем ближе она находится, и напротив, чем ближе к горизонту она находится, тем она больше и дальше от него расположена.
Читайте также: