Könnten Apollo-Astronauten die Lichter der Stadt vom Mond aus sehen?

Es scheint, dass die Antwort "nein" ist.

• Apollo-Missionsberichte beschreiben nächtliche Lichter aus der Erdumlaufbahn, aber Sichtungen in Mondentfernungen fehlen besonders. Zum Beispiel,

  Die Sehenswürdigkeiten im Erdorbit waren spektakulär; sogar auf der dunklen Seite, wo Gewitter und Brände in Afrika die Aufmerksamkeit der Crew erregten. Die Zeitlinie der Erdumlaufbahn bot ausreichend Zeit, um die Erde zu betrachten, die Besatzung in Ruhe an die Schwerelosigkeit anzupassen und Hardwareprobleme zu bewältigen.

  Missionsbericht von Apollo 16

  Aber diese sind in der Erdumlaufbahn. Dieselben Missionsberichte sagen nichts über die dunkle Seite der Erde in Mondentfernungen aus.

• Es gibt zu viele helle Objekte, einschließlich der Sonne, der Erde, des Mondes und (auf dem Weg dorthin) der Mondlandefähre, die es schwierig machen, schwache Objekte zu sehen. Manchmal konnten sie die meisten Sterne nicht einmal mit Hilfe des Bordteleskops sehen :

  Beginnend mit der Apollo-7-Mission berichteten alle Besatzungen, dass die Augen mehrere Minuten benötigten, um sich an die Erkennung von Sternbildern zu gewöhnen, wenn das Teleskop des Kommandomoduls nachts entweder in der Erdumlaufbahn oder in der Mondumlaufbahn und bei erdscheinenden Lichtverhältnissen verwendet wurde. Während die Mondfähre während der translunaren Küste angebracht war, verhinderten Sonnenreflexionen von der Mondfähre in die Optik, dass nur die hellsten Sterne mit dem Teleskop gesehen wurden. Während der transirdischen Küste konnten Konstellationen normalerweise erkannt werden, wenn das Teleskop von der Sonne, der Erde oder dem Mond weg gerichtet war. Um die Plattformausrichtung während der translunaren Küste aufrechtzuerhalten, verließ sich der Pilot des Kommandomoduls im Allgemeinen auf die automatische Optikpositionierung, um Referenzsterne im Sichtfeld des Sextanten mit 28 Potenzen zu platzieren.

  Zusammenfassender Bericht zum Apollo-Programm , p. 6-15

• Eine Augenklappe, um dem CMP zu helfen, ein Auge an die Dunkelheit anzupassen, um das Teleskop zu verwenden, und (bei Apollo 16 und 17) Sonnenbrillen halfen nicht.

  Die Gläser der Sonnenbrille waren nicht dunkel genug für eine bequeme Verwendung im Mondorbit. Nach längerem Blick aus dem Fenster trat eine erhebliche Ermüdung der Augen auf, selbst mit aufgesetzter Brille.

  Missionsbericht von Apollo 16

• Nur Apollo 14 und 15 trugen den langsamen Film (Typen 3414 und S0349), der dunkle Objekte erfassen kann (siehe Tabelle 6-VIII ).

• Apollo 7 und 9 haben die Lichter der Stadt fotografiert. Aber diese Missionen haben die Erdumlaufbahn nie verlassen, und darum geht es in dieser Frage nicht.

• Apollo 8 hat das berühmte „Earthrise“-Foto gemacht. Die Hälfte der Erde liegt im Sonnenlicht, das die Lichter der Städte auf der dunklen Seite verdeckt.

• Auf dem Mond angekommen, beschäftigten sich der Kommandant und der Pilot der Mondlandefähre mehr mit ihrer Landung auf dem Mond, als mit dem Versuch, zur Erde zurückzublicken. Darüber hinaus erfolgten die Landungen während des Mondtages. Das reflektierte Sonnenlicht ist so hell, dass jemand auf der Oberfläche keine Sterne sehen kann, geschweige denn schwache Lichter auf der Erde.

• Der Pilot des Kommandomoduls von Apollo 10-13 verbrachte die meiste Zeit damit, den Mond zu fotografieren oder das Raumschiff zu steuern. Denken Sie daran, dass dies die kürzeren Missionen waren und dass sie auch die Aufklärung für die späteren Missionen benötigten.

• Apollo 14 hat versucht, die dunkle Seite der Erde zu fotografieren, und ist gescheitert.

  Fotos von der dunklen Seite der Erde waren unbrauchbar, weil Szenen durch Streulicht von der Sextantenoptik, von sonnenbeschienenen Gebieten der Erde und vielleicht von Teilen des angedockten Mondmoduls während der translunaren Küste verdeckt wurden.

  Zusammenfassender Bericht zum Apollo-Programm , p. 3-88

• Apollo 15 bis 17 haben nicht versucht, Bilder von der dunklen Seite der Erde zu machen. In dem Wissen, dass dies die letzten Missionen waren, wurde die Crew so beschäftigt wie möglich gehalten.

Jenseits von LEO, sobald Sie ein paar Erdradien entfernt sind, weit genug, um den gesamten Planeten zu sehen, ist seine Nachtseite auf jedem der Dutzende von Fotos auf http://www.planetary zumindest für herkömmliche Kameras ein konturloses Schwarz .org/explore/space-topics/earth/pics-of-earth-by-planetary-spacecraft.html , sogar diejenigen, die die Erde nur als schmalen Halbmond zeigen .
Bearbeiten: Wie kommentiert, wurden diese Fotos für die Tagesseite belichtet. Wären sie belichtet worden, um Details der Nachtseite zu zeigen, wäre die Tagseite wahrscheinlich in durchgehendem Weiß überbelichtet worden.

Handwinken und möglicherweise falsche Berechnungen: Der nachts leuchtende Teil von Chicago ist etwa 400 km ² groß, das entspricht einer Scheibe mit einem Radius von 11 km. Vergleichen Sie das nächtliche Chicago mit einem Asteroiden mit 22 km Durchmesser und einer unglaublich großzügigen Albedo von 0,05. Dann beträgt seine absolute Größe etwa 12 (in dieser Tabelle ist seine Größe aus einer Entfernung von 1 AE zu sehen). Aus 239.000 Meilen Entfernung statt 93.000.000, 390 mal näher gesehen, ist es$390 \times 390 = 150000 = 2.5^{13}$mal heller, so ist seine scheinbare Helligkeit$12-13 = -1$, so hell wie Sirius.

Meine Schätzung ist wahrscheinlich falsch, was die Albedo eines 20 km großen Asteroiden sein muss, um mit dem nächtlichen Chicaglow übereinzustimmen (was terrestrische Astronomen im Mittleren Westen seiner Lichtverschmutzung nennen). Aber zumindest ist Chicago vom Mond aus gesehen nicht heller als Sirius und wahrscheinlich näher an der Stärke 3 oder 4, kaum sichtbar, selbst ohne eine ablenkende Stärke von -15, die die Erde sichtbar macht.

Eine unabhängige Berechnung. Von der ISS aus ist die Venus nachts so hell wie die Stadt Valencia . (Andere ISS-Ansichten der Venus zeigten Orte auf der Erde, die ich nicht kannte.) Valencias Metropole hat etwa 2 Millionen Einwohner.

In den 1970er Jahren lebten in der größten Megastadt der Erde, dem Großraum Tokio, etwa 23 Millionen Menschen. 11,5 mal so viele, also 11,5 mal heller. (Vielleicht weniger, weil die Beleuchtung damals weniger effizient war, vielleicht mehr, weil wir uns damals nicht so sehr um Lichtverschmutzung gekümmert haben.)

Die ISS befindet sich in 400 km Höhe, also etwa 800 km von Valencia entfernt in diesem Bild.
Der Mond ist 385.000 km entfernt, also 480 mal weiter.

Aus dem Mond entstand das Tokio der 1970er Jahre$11.5 / (480 \times 480) = 1/20000$mal so hell wie die Venus.
Venus hat scheinbare Helligkeit$-4$.
$20000 = 2.5^{10.8}$.
Vom Mond aus hatte Tokio also eine Größe$-4 + 10.8 = 6.8.$

Unter optimalen Bedingungen sind Sterne der Größe 6,5 die Grenze der Sichtbarkeit mit bloßem Auge.

Mit einer Helligkeit von -15 auf der Tagesseite der Erde und einer Helligkeit von -26 auf der Sonne, die die Astronauten blendete (ein Faktor, der alle anderen Schätzfehler in dieser Antwort überschwemmt), war selbst die hellste Stadt auf der Nachtseite für sie zu dunkel, um sie zu sehen.

Ihre einzige Chance, die Lichter der Stadt zu sehen, wäre während einer Sonnenfinsternis gewesen und selbst dann immer noch nur eine Stärke von 6,8, wenn Tokio ihnen zugewandt wäre, ohne Wolken.

Hier ist eine weitere Möglichkeit, die Helligkeit der Lichter der Stadt vom Mond aus zu schätzen. Versuchen wir als Ausgangspunkt zu schätzen, wie viel Licht nachts von den gesamten Vereinigten Staaten produziert wird. (Ich würde vermuten, dass dies wahrscheinlich einen erheblichen Prozentsatz des gesamten auf der Erde erzeugten Lichts ausmacht, und wahrscheinlich sogar einen Großteil des gesamten Lichts, das gesehen wird, wenn die westliche Hemisphäre zufällig in Sichtweite ist.)

• Diese Quelle behauptet, dass der jährliche Energieverbrauch in den USA für „gewerbliche Beleuchtung“ 141 Milliarden kWh beträgt. Dies schließt jedoch sowohl die Straßenbeleuchtung als auch die Beleuchtung von Geschäftsgebäuden ein; Nehmen wir an, die Hälfte davon geht in die Straßenbeleuchtung, also 70 Milliarden kWh.

• Als nächstes müssen wir dies in Strom umwandeln. Wir dividieren diese Zahl durch ein Jahr und berücksichtigen auch, dass das Licht nur die Hälfte der Zeit an ist (nur nachts); also multiplizieren wir mit 2. (In Wirklichkeit sind die Lichter am Abend wahrscheinlich etwas heller als in den frühen Morgenstunden, also sollten wir für die Spitzenleistung vielleicht mit einer größeren Zahl multiplizieren - aber ich glaube nicht, dass dieser Effekt sehr signifikant ist.)

• Um Leistung in Helligkeit umzurechnen, müssen wir mit der Lichtausbeute multiplizieren. Die gängigsten Lampentypen für die Straßenbeleuchtung sind LED- und Natriumdampflampen; beide scheinen laut Wikipedia eine Lichtausbeute von etwa 130 Lumen/Watt zu haben .

• Um die Beleuchtungsstärke auf der Mondoberfläche zu erhalten, muss noch durch dividiert werden$4\pi$(Anzahl der Quadratradianten in einer Kugel) mal der Entfernung von der Erde zum Mond (ungefähr$400\ 000\ \text{km}$) im Quadrat.

• Um dies schließlich in die scheinbare Größe umzurechnen, verwenden wir die hier angegebene Formel .

Zusammengerechnet ergibt WolframAlpha eine Magnitude von etwa +0,7 – also unter den Top 20 der hellsten Sterne, aber nicht unter den Top 10 (vergleichbar zB mit Beteigeuze oder Aldebaran).

Tagsüber ist dies also definitiv unsichtbar, überflutet von Sonnenschein und seiner Reflexion auf der Mondlandschaft. Ist es nachts neben der sonnenbeschienenen Sichel der Erde sichtbar?

Ich würde auf "nein" setzen. Hier ist ein Vergleichspunkt: das Erdlicht , dessen Stärke irgendwo im Bereich von -2 bis -3 liegt ( Quelle ), und das aus eigener Erfahrung durchaus sichtbar, aber nicht so leicht zu erkennen ist.

Nun ist die Erde vom Mond aus gesehen etwa 50-mal heller als der Mond von der Erde aus gesehen ( siehe diesen Q&A-Thread auf Astronomy SE ); während, wenn meine Schätzung richtig ist, die Stadtlichter der Erde von der Erde aus gesehen etwa 100-mal schwächer zu sein scheinen als das Erdlicht auf dem Mond ...

OK, würden Sie sagen, aber vielleicht während einer Sonnenfinsternis?

Naja, immer noch unwahrscheinlich. Bedenken Sie, dass während einer Mondfinsternis (die einer Sonnenfinsternis auf dem Mond entspricht) der Mond immer noch sichtbar ist; es fällt also immer noch ziemlich viel Licht auf seine Oberfläche. Vom Mond aus gesehen sieht eine Sonnenfinsternis wie eine dunkle Erde aus, die von der hellen Aureola ihrer Atmosphäre umgeben ist und von der Sonne im Hintergrund beleuchtet wird.

Wie hell ist es genau? Nun, laut dieser Quelle (insbesondere Abb. 4) ist die Beleuchtungsstärke selbst im tiefsten Teil des Kernschattens der Erde immer noch nicht geringer als$10^{-6}$der üblichen Beleuchtungsstärke. Mit anderen Worten, die Erdatmosphäre ist ungefähr$10^{-6}$so hell wie die Sonne, was einer Magnitude von etwa -11 entspricht. Dies ist wahrscheinlich immer noch hell genug, um das schwache Leuchten der Lichter der Stadt zu übertönen ...