Warum erscheint der Mond mit bloßem Auge ziemlich flach?

Der Mond sieht flach aus, weil er sehr rau ist und daher kein perfekter Lambertscher Reflektor ist.

Viele stumpfe Objekte werden durch das Lambertsche Kosinusgesetz gut beschrieben : Die von einer idealen diffus reflektierenden Oberfläche beobachtete Intensität ist direkt proportional zum Kosinus des Winkels$\theta$zwischen der Richtung des einfallenden Lichts und der Flächennormalen ($I=\min(0, I_0 \cos(\hat{l} * \hat{n} ))$wo$\hat{n}$ist der Normalenvektor und$\hat{L}$der Lichtrichtungsvektor).

Dies ist jedoch eine schlechte Näherung für sehr grobe Objekte . Das Problem ist, dass die Oberfläche voller Facetten ist, die in verschiedene Richtungen zeigen, aber wir sehen einen Durchschnitt ihres Lichtbeitrags. Dies bedeutet, dass ein Fleck auf dem Mond in der Nähe des Randes einige Facetten hat, die direkt auf die Sonne zeigen und Lambertsches Licht in unsere Richtung ausstrahlen, was heller aussieht, und ein Fleck direkt in der Mitte wird einige Facetten im Schatten haben, die dunkler aussehen. Dies kann durch ausgefeiltere Beleuchtungsfunktionen wie das Oren-Nayar-Modell ( mehr ) gehandhabt werden.

Es gibt einige weitere Aspekte der Mondgeologie, die ihn leicht retroreflektierend machen (siehe auch Oppositionswelle ), wodurch der Kontrast zwischen Mitte und Rand weiter verringert wird. Vieles davon ist Schattenverbergung: Wenn Sie fast entlang der Sonnenlichtlinien schauen, werden Sie die von Objekten geworfenen Schatten nicht sehen, da sie sich natürlich hinter den Objekten befinden und daher für Ihre Sicht verdeckt sind.

Jupiter ist vermutlich deutlich flacher als der Mond (und reflektiert tatsächlich Licht durch einen anderen Streuprozess). Mars ist auch ziemlich rau und sieht daher auf Teleskopbildern flach aus.

Das gestreute Licht wird in der Literatur als diffuses Licht betrachtet, Licht, das eine Reihe von Streuereignissen passiert hat, bevor es das streuende Material verlassen hat. Diffus gestreutes Licht muss dem Lambertschen Cosinus-Streugesetz gehorchen. Bei unidirektionalem Licht, das von einer Kugeloberfläche rückwärts gestreut wird, bedeutet dies maximale Streuintensität in der Mitte der Kugel und ein Abfall auf Null zum Rand hin durch das Kosinusgesetz. Der Vollmond sieht gleichförmig aus und man geht weiterhin davon aus, dass das Licht von ihm diffus gestreut wird. Mehr als das. Das nahezu einheitliche Kugelbild ist allen Planeten und ihren Monden gemeinsam, einschließlich der Erde, wie sie vom Weltraum aus beobachtet wird, und des Mondes. Unter Tausenden und Abertausenden echter Fotos gibt es kein einziges echtes Foto, das dem Lambertschen Kosinusgesetz gehorcht. Die einzigen Fotos, die dem Gesetz gehorchen, sind gerenderte Fotos, Fotos, die zumindest teilweise simuliert sind. Nimmt man dagegen die Streuung hauptsächlich als Einzelereignis an, so werden alle Streudipole direkt durch die Lichtstrahlung auf dem beleuchteten Streumaterial angeregt. Dann muss die Streuung an ihnen kohärent sein, und dann müssen der Vollmond und alle anderen beleuchteten Körper mit ähnlicher Beleuchtungsgeometrie zumindest annähernd gleichmäßig sein. Der Vollmond sagt uns, dass Einzelereignisstreuung dominiert. Vielleicht mit kleinen Korrekturen der Mehrfachstreuung. Warum dominiert das Einzelereignis? Es scheint, dass der Effekt geometrisch und statistisch ist. Betrachten wir Ein-Ereignis-Streuung, Zwei-Ereignis-Streuung, Mehrfach-Ereignis-Streuung, dann nimmt die Ereigniswahrscheinlichkeit mit zunehmender Anzahl von Streuungen ab. Das Einzelereignis hat eine Wahrscheinlichkeit von mindestens 50 % und ist das stärkste Ereignis. Fast der gesamte Hintergrund, der uns umgibt, ist ein einzelnes Streulicht. Ein echtes diffus gestreutes Licht ist eher selten.