Warum funkelt eine Punktquelle (Stern) stärker als eine Scheibenquelle (Planet)?

Die meisten Szintillationseffekte werden durch anomale Brechung verursacht, die durch kleinräumige Schwankungen der Luftdichte verursacht werden, die normalerweise mit Temperaturgradienten zusammenhängen.

Sterne funkeln, weil sie so weit von der Erde entfernt sind, dass sie als punktförmige Lichtquellen erscheinen, die leicht durch die atmosphärischen Turbulenzen der Erde gestört werden, die wie Linsen und Prismen wirken und den Weg des Lichts umlenken.

Große astronomische Objekte, die näher an der Erde liegen, wie der Mond und andere Planeten, umfassen viele Punkte im Weltraum und können als Objekte mit beobachtbaren Durchmessern aufgelöst werden. Wenn mehrere beobachtete Lichtpunkte die Atmosphäre durchqueren, mitteln sich die Abweichungen ihres Lichts und der Betrachter nimmt weniger Variationen des von ihnen kommenden Lichts wahr. https://en.wikipedia.org/wiki/Twinkling

Aber ich verstehe nicht, warum Licht, das von einem Punkt kommt, stärker gestreut wird als Licht, das von mehreren Punkten kommt. Ich würde das Gegenteil erwarten, da die Leitungen zum Empfänger enger beieinander liegen. Wie wird außerdem das abgelenkte Licht eines Planeten gemittelt? Ist das Licht (der Kanten) der Scheibe (Planet) wirklich in der Lage, eine konstruktive Interferenz oder ähnliches zu bekommen? Wie könnte das funktionieren?

Ich würde in Betracht ziehen, diesen verwandten Link in Ihren Beitrag aufzunehmen. Es ist kein Duplikat, insbesondere in Bezug auf Ihren letzten Absatz, aber vielleicht denken einige Benutzer, dass es so ist; physical.stackexchange.com/questions/68200/why-do-stars-flicker

Antworten (2)

Das Licht von jedem Punkt einer Planetenoberfläche wird fast genauso stark gestreut wie von einem entfernten Stern. Der Trick besteht darin, herauszufinden, welcher Teil unserer turbulenten Atmosphäre das Bild des gesamten Objekts beeinflusst.

Nehmen wir an, Ihre erweiterte Pupillengröße beträgt 6 mm.

1) Wenn Sie einen Stern betrachten, sehen Sie ihn durch einen Zylinder mit einem Durchmesser von 6 mm und einer Länge von ~ 10 km.

2) Wenn Sie einen Planeten mit einer Winkelgröße von nur 10 Bogensekunden (durchschnittliche Größe für einen Mars) betrachten, sehen Sie durch einen Kegel mit einem Durchmesser von 6 mm an einem Ende und 484 + 6 = 490 mm am anderen Ende (tan(10 Bogensekunden)*10km=484mm).

Daher gehen Strahlen von verschiedenen Punkten der Planetenoberfläche (auch wenn sie jenseits der Augenauflösung liegen) durch deutlich unterschiedliche Teile der Atmosphäre (bis zu 490 mm voneinander entfernt, verglichen mit 6 mm Abstand für einen Stern) und wurden zufällig gebrochen und somit gemittelt, wenn jedes Photon geht durch einen deutlich anderen Weg durch die Atmosphäre.

Jetzt können wir sehen, dass Strahlen vom Mars ein viel größeres Volumen der Erdatmosphäre "durchschnittlich" haben, obwohl Sie es immer noch als einen einzelnen Punkt sehen (es ist 6-mal kleiner als die Augenauflösung).

Erhalten wir also von Planeten mehr Photonen in unseren Augen? Wenn ja, dann müssen sie heller sein, aber ist das wirklich das, was wir erleben, wenn wir Sterne mit Planeten vergleichen?
@Marijn Nein, die Anzahl der Photonen könnte gleich sein, wenn ihre Helligkeit gleich ist. Der Hauptunterschied besteht darin, dass Photonen vom Planeten vielfältigere Wege durch die Atmosphäre gehen.

Es hängt mit dem Rayleigh-Kriterium zusammen. Diese besagt, dass der kleinste Winkel, mit dem zwei Quellen unterschieden werden können, der Winkel ist

θ   =   1.22 λ D ,
für λ die Wellenlänge und D der Öffnungsdurchmesser. Der 1.22 kommt von der ersten Bessel-Funktion J 1 ( X ) . Denken Sie an die Venus, die nicht funkelt. Es hat einen Durchmesser von ca 6000 k M und wir beobachten es über eine Entfernung von sagen wir 5 × 10 7 k M . Und das ist ein Winkel 1.2 × 10 − 4 R A D oder 7 × 10 − 3 Grad. Für optisches Licht rundherum 500 N M und eine Pupille von .5 C M das Rayleigh-Kriterium ist θ   =   1 × 10 − 4 Das ist sehr nah, und wenn Sie darüber nachdenken, können Sie die Venus fast als Scheibe sehen. Genauso verhält es sich mit den anderen Planeten. Vergleichen Sie dies nun mit dem Winkel zu einem entfernten Stern θ   <   10 − 8 R A D .

Optische Turbulenzen sind unterhalb des Rayleigh-Kriteriums am stärksten ausgeprägt, weshalb Sterne funkeln und Planeten nicht. Um Sterne als Scheibe aufzulösen, braucht man eine optische Blende 10 3 oder 10 4 mal die Pupille. Dies ist in der Größenordnung von 10 M Zu 100 M , was an der oberen Grenze moderner Teleskope liegt.

Nicht sicher, ob es zusammenhängt. Das Auge kann die Marsoberfläche nicht als Scheibe auflösen - aber es funkelt viel weniger, als ich gezeigt habe. Außerdem liegt die Winkelauflösung des Auges deutlich unter der Beugungsgrenze – Sie können von einem optischen System mit einer Linse keine beugungsbegrenzte Leistung erwarten.
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