Warum füllt die Sonne nicht den Himmel auf Merkur?

Beim Betrachten des ersten Bildes müssen Sie die perspektivische Verzerrung in Bildern mit engem Sichtfeld berücksichtigen . Dies ist derselbe Effekt, der dazu führt, dass Menschen näher zusammenstehen, als sie tatsächlich sind, wenn sie durch Zoomobjektive fotografiert werden (was man heutzutage beim Lesen der Nachrichten nicht vergessen sollte!). Merkur ist der Sonne nicht so nahe, wie es das erste Bild vermuten lässt.

Sie müssen auch bedenken, dass Objekten im Weltraum "Tiefenhinweise" fehlen: In der Atmosphäre werden weiter entfernte Objekte aufgrund von Streuung unschärfer und "verwaschener". Im Weltraum gilt dies nicht.

Von unserem Standort auf der Erde aus ist Merkur ziemlich klein, höchstens 13 Bogensekunden groß. Im Vergleich dazu hat die Sonne einen Durchmesser von etwa 1800 Bogensekunden. Wenn Sie also Merkur als Scheibe sehen möchten, müssen Sie Ihr Bild stark vergrößern. Und das lässt die Sonne sehr sehr groß erscheinen. Es erscheint nur sehr groß, weil es vergrößert wurde.

Wenn Sie sich jedoch auf Merkur befinden, müssen Sie das Bild der Sonne nicht vergrößern. Die Sonne auf Merkur hat einen Durchmesser von etwa 5000 Bogensekunden. Groß, aber nicht den Himmel füllend. Das liegt nur daran, dass es nicht vergrößert wurde

[Die eigentliche Antwort ist in der Antwort von @James K (es hat damit zu tun, dass das Sichtfeld Ihres oberen Bildes winzig ist, aber das zweite ziemlich breit ist). Dies dient dazu, die Situation in eine Situation zu übersetzen, über die man möglicherweise leichter intuitiv nachdenken kann.]

Nehmen wir an, das obere Foto wurde aufgenommen, als Erde-Merkur-Sonne eine gerade Linie ist (dies wird auf dem oberen Foto sehr nahe an der Wahrheit liegen). Stellen wir das gleiche Szenario auf der Erde auf, aber verkleinert.

Der Durchmesser des Merkur beträgt 4900 km, der der Sonne 1,4 Millionen km. Dies ist ein Verhältnis von 285:1. Merkur ist 40 Millionen km von der Sonne entfernt, die Erde ist 150 Millionen km entfernt (ohne Berücksichtigung der Exzentrizität usw.). Merkur hat von hier aus etwa 73% des Weges zur Sonne zurückgelegt.

Ein Basketball hat einen Durchmesser von etwa 240 mm. Etwas 285 Mal kleiner als das ist knapp ein Millimeter. Das ist etwa so groß wie eine Spinnmilbe oder ein großes Sandkorn.

Damit der Ball 0,5 Grad Ihrer Sicht einnimmt, muss er 25 Meter entfernt sein. Das ist die Länge eines Basketballplatzes, der derzeit wahrscheinlich nicht genutzt wird, also gehen wir zu einem zurück. Lege den Ball unter einen Reifen und dann die Spinnmilbe auf die Spitze der „Drei-Punkte-Linie“ an diesem Ende des Spielfelds. Es ist magisch, also schwebt es 120 mm über dem Boden. Praktischerweise beträgt die Dreipunktlinie eines Reifens fast genau 73% des Weges zu diesem Reifen von dem am anderen Ende. Legen Sie sich nun unter den anderen Reifen und positionieren Sie Ihren Kopf so, dass sich die Milbe aus Ihrer Perspektive vor dem Ball befindet.

Wenn Sie sich die winzige Milbe da draußen auf der anderen Seite der Mittellinie und den Ball am anderen Ende ansehen, haben Sie so ziemlich das gleiche Szenario wie Erde:Merkur:Sonne während einer Konjunktion. Insbesondere benötigen Sie wahrscheinlich ein Teleskop, um die Milbe bei jeder Art von normaler Beleuchtung überhaupt zu sehen. Wenn Sie sich die Milbe ansehen, die den Ball durch Ihr Teleskop "transitiert", sieht der vergrößerte Ball nicht riesig aus, wenn die Milbe wie ein Fleck davor schwebt?

Gehen Sie jetzt zurück zu der Milbe und betrachten Sie den Ball aus seiner Perspektive (stellen Sie sich nicht auf das arme Ding). Der Ball sieht von hier aus nicht viel größer aus, oder? Sie können wahrscheinlich mehr von der Schrift darauf lesen und die Textur sehen, aber es nimmt immer noch nicht Ihre gesamte Sicht ein.

Dies liegt daran, dass Sie Ihr Teleskop nicht mehr verwenden. Wenn Sie dasselbe Teleskop verwenden, mit dem Sie die Milbe und den Ball betrachtet haben, aber fast viermal näher stehen als ursprünglich, sieht der Ball noch größer aus.

Wenn Sie wollten, dass die Sonne so groß aussieht wie ein Basketball, wenn Sie ihn mit der Oberfläche 0,5 m von Ihrem Kopf entfernt halten (2 Durchmesser), dann wären das etwa 3,5 Millionen km Bahndurchmesser: viel, viel näher als Merkur wirklich ist.

Es ist doppelt so nah wie die Parker Solar Probe: Die PSP umkreist sie mit 8,5 Sonnenradien, sodass sie die Sonne etwa so groß wie einen Basketball sieht, den Sie nicht ganz berühren können (nur etwas mehr als einen Meter entfernt).

Der Abstand von 2 Durchmessern ist jedoch ungefähr so, wie Io:Jupiter aufgebaut ist (Io umkreist etwa 350000 km von der Jupiter-"Oberfläche", Jupiter hat einen Durchmesser von 140000 km), also ist Jupiter von Io aus wirklich riesig am Himmel, wie ein Basketball in deinen Händen wäre.

Metis, nur 58.000 km von den Wolken entfernt (umkreist etwa 128.000 km von Jupiters Zentrum entfernt), würde Jupiter so sehen, wie Sie es sehen würden, wenn Sie Ihr Auge etwa 100 mm von einem Basketball entfernt halten würden: Jupiter würde wirklich den Himmel füllen.

Ich kann ein ähnliches Bild mit Stellarium machen, wo die Sonne im Vergleich zu Saturn riesig erscheint. Auf der Oberfläche des Saturn erscheint die Sonne am Himmel jedoch viel kleiner als von der Erde aus. Oder anders gesagt, der Winkeldurchmesser der Sonne ist vom Saturn aus gesehen viel kleiner.

Das erste Bild sagt also nicht wirklich viel über den Winkeldurchmesser der Sonne aus Sicht von Merkur aus. Wenn überhaupt, zeigt es nur, wie klein Merkur im Vergleich zur Sonne ist.

(Das Bild ist der Saturntransit von 2669, wie er von Uranus aus gesehen wird. Ich hoffe, wir haben bis dahin die Raumfahrt entwickelt, damit wir sie sehen können ;) )

Zum intuitiven Verständnis: wäre Merkur viel größer, aber auf der gleichen Umlaufbahn, wäre der Blick auf die Sonne von der Planetenoberfläche (2. Foto) derselbe, aber aus unserer Perspektive (1. Foto) würde Merkur a aussehen viel größer im Verhältnis zur Sonne. Aus dem ersten Foto lässt sich also nichts ableiten, wie die Sonne von der Oberfläche des Planeten aus aussehen würde.

Die Größe des Objekts (z. B. Sonne) am Himmel hängt nicht davon ab, wie groß der Körper ist, auf dem Sie sitzen (z. B. Merkur). Es hängt nur von der Entfernung von Ihnen zu diesem Objekt und seiner Größe ab.

Die Größe der Sonne von Merkur aus gesehen hängt also von der Entfernung von Merkur zur Sonne und der Größe der Sonne ab.

Wenn Sie Merkur und Sonne aus einiger Entfernung (dh von der Erde) betrachten, hängt es ebenfalls nur davon ab, wie weit Sie von Sonne und Merkur entfernt sind und wie groß sie sind (konstant).

Wenn Sie sich nur wenige Meter über dem Boden des Merkur befinden, ist er in Ihrem Sichtfeld größer als die Sonne. Viel größer.

Wenn Sie sehr weit entfernt sind (wie die Umlaufbahn der Erde), ist das scheinbare Größenverhältnis zwischen zwei beobachteten Körpern dasselbe wie das Verhältnis ihrer Durchmesser. Aber das ist nicht der Fall, wenn Sie näher sind.

Anbei eine Skizze von Berechnungen, die Ihnen helfen sollte, es besser zu sehen.

Sehen Sie sich diese Fragen auf photo.stackexchange.com an. Wenn Sie ein Teleobjektiv so verwenden, dass die Sonne Ihr Sichtfeld ausfüllt, vergrößert es die Größe anderer Objekte, je nachdem, wie weit sie vom Objektiv entfernt sind.

Während also Merkur auf diesem Foto der Sonne sehr nahe kommt, ist er in Wirklichkeit zwischen 46 und 70 Millionen Kilometer von ihr entfernt (näher an der Erde). Das ist zwischen dem 33- und 50-fachen Durchmesser der Sonne.

Stellen Sie sich einen Heißluftballon in der Luft vor, der weit genug entfernt ist, dass er 1/4 der Größe des Vollmonds hat. Wenn Sie ein Teleobjektiv verwenden, sodass der Mond das Sichtfeld ausfüllt, würde der Heißluftballon im Vergleich dazu klein erscheinen. Aber wenn Sie im Heißluftballon wären, würde der Mond genauso groß erscheinen wie für den Fotografen ohne das Teleobjektiv und er würde den Himmel nicht ausfüllen.

Hier ist ein cooler Artikel, der zeigt, wie man ein Model auf einem Hügel mit dem Mond im Hintergrund mit einem Teleobjektiv fotografiert. Der Mond erscheint der Frau nicht so groß wie auf den Fotos, weil ihre scheinbare Größe um den gleichen Betrag vergrößert wird.

https://petapixel.com/2017/10/26/shooting-portraits-giant-moon-using-1120mm-lens/

Wenn Sie eine Murmel auf Armeslänge halten, ist sie in 100 cm Entfernung etwa 1 cm breit. Mond und Sonne sind auch etwa 100-mal weiter entfernt als sie groß sind, also so groß wie die Murmel.

Wenn Sie die Murmel 20 cm von Ihrem Auge entfernt bringen, ist das so, als ob Sie auf dem Planeten Merkur wären, die Murmel ist 6-mal größer.

Wenn Sie die Murmel auf die große Sonne schießen und sie in 100 Metern Entfernung fotografieren, wäre die Sonne 100-mal größer als die Murmel.

Wenn Sie sich das Foto der großen Sonne und der kleinen Murmel ansehen, würden Sie denken: "Wenn ich auf der Oberfläche dieser Murmel wäre, würde die Sonne den größten Teil des Himmels einnehmen" ... Es ist nur eine Illusion der Perspektive aus dem Foto.

Hier ist eine optische Täuschung im Spiel ( hier klicken für Video ):

Diese Szene aus dem Film Jaws hat den „ Dolly Zoom “ populär gemacht, bei dem die Kamera auf das Motiv zu bewegt und gleichzeitig herausgezoomt wird. Das Ergebnis ist, dass die scheinbare Größe des Motivs gleich bleibt, während sich die scheinbare Größe von Hintergrundobjekten dramatisch ändert.

Dieser Effekt ist Fotografen und Kameraleuten bekannt. Wenn Sie ein Foto aufnehmen und möchten, dass Objekte im Hintergrund klein erscheinen, gehen Sie näher an das Motiv heran und zoomen Sie heraus. Wenn Sie möchten, dass Objekte im Hintergrund groß erscheinen, entfernen Sie sich vom Motiv und zoomen Sie hinein.

Wenn wir Fotos von Merkur sehen, werden sie natürlich aus sehr großer Entfernung aufgenommen und stark vergrößert, damit wir den Planeten tatsächlich sehen können. Das Ergebnis ist, dass die Sonne, ein Hintergrundobjekt, riesig erscheint. Aber wenn wir auf Merkur stehen, ist die Perspektive ganz anders und die Sonne erscheint viel kleiner.

In den vorherigen Antworten wurde viel behandelt (insbesondere in der Antwort von @ Witold), aber hier ist eine andere Möglichkeit, über die ursprüngliche Frage nachzudenken:

Um auf Merkur "den Himmel zu füllen", so dass Sie "die Ränder der Sonne nicht sehen können", müssten Sie in der Lage sein, nach "Westen" zu schauen und die Sonne zu sehen, und auch nach "Osten" und die Sonne zu sehen Sonne. Somit würde die Sonne mehr als 180 Grad des Himmels einnehmen. Dazu müssten Sie sich leicht innerhalb der Sonnenoberfläche befinden, was Merkur nicht ist.