Kodėl Mėnulyje šešėliai tokie ryškūs?
Trumpas atsakymas: Mėnulyje šešėliai labai ryškūs, nes saulės šviesa ten sklinda beveik tiesiais, lygiagrečiais spinduliais ir nėra oro, kuris išsklaidytų šviesą. Be išsklaidytos dangaus šviesos, riba tarp šviesos ir tamsos išlieka labai aiški.
Pagrindinė mintis
Šešėlis susidaro ten, kur objektas blokuoja šviesą. Mėnulyje Saulė yra toli, todėl jos spinduliai, krintantys į paviršių, yra beveik lygiagretūs. Dėl to susidaro skaidrus tamsus regionas (umbra) su plonu kraštu (pusšešėlis).
Žemėje oras ir dalelės išsklaido saulės šviesą. Išsklaidyta šviesa užpildo šešėlių kraštus ir juos padaro neryškius. Mėnulyje beveik nėra oro, todėl nėra išsklaidytos šviesos, kuri sušvelnintų šešėlius.
Be to, mažai šoninių atspindžių nuo Mėnulio paviršiaus pasiekia tamsias dalis. Rezultatas – labai ryškūs, didelio kontrasto šešėliai, kurie atrodo kaip iškirpti popieriaus lapai ant žemės. Astronautų nuotraukose ir vaizdo įrašuose šie ryškūs šešėliai matomi aiškiai.
Kaip tai veikia moksliškai
Įvardyti dėsniai / principai: Pagrindinis efektas yra paprasta geometrinė optika: kai šviesos šaltinis yra toli, jo spinduliai yra beveik lygiagretūs ir sukuria aiškiai apibrėžtą umbrą (pilną šešėlį) ir siaurą pusšešėlį (dalinį šešėlį).
Saulės matomas dydis (apie 0,5 laipsnio skersmens, žiūrint iš Žemės ir Mėnulio) lemia pusšešėlio plotį. Žemėje atmosferos sklaida (šviesos atspindžiai nuo molekulių, dulkių ir aerozolių) prideda išsklaidytą šviesą iš daugelio krypčių. Ši išsklaidyta šviesa pašviesina šešėliuotas sritis ir sulieja šešėlių kraštus.
Mėnulyje iš esmės nėra atmosferos, kuri išsklaidytų saulės šviesą, todėl vienintelė šviesa šešėlyje atsiranda dėl tiesioginių atspindžių arba labai mažo kampo sklaidos paviršiuje. Difrakcija (šviesos lenkimasis aplink kraštus) egzistuoja, tačiau ji veikia kraštus tik labai mažu masteliu, palyginti su žmogaus dydžio šešėliais. Todėl geometrinė optika ir beveik atmosferos nebuvimas sukuria ryškius, didelio kontrasto Mėnulio šešėlius.
Kaip mes tai žinome: astronautai „Apollo“ misijoje ir daugelis Mėnulio nuotraukų rodo ryškius šešėlius ir didelį kontrastą tarp saulės apšviestų ir tamsių sričių. Laboratoriniai vakuuminiai ir optiniai eksperimentai atkuria tą patį aštrių kraštų elgesį, kai pašalinama oro sklaida.
Kur tai pastebėsi
- Žibintuvėlis, šviečiantis tamsiame kambaryje, meta ryškesnius šešėlius nei tas pats žibintuvėlis, šviečiantis lauke debesuotą dieną.
- Ryškus šešėlis atsiranda, kai saulė žemai ir nėra už debesų, nes žemę pasiekia mažiau išsklaidytos šviesos.
- Žiūrint po automobiliu labai giedrą, saulėtą dieną, matomas tamsesnis, ryškesnis šešėlis nei miglotą dieną.
- Vakuuminėje kameroje objektai meta ryškesnius šešėlius nei ore.
Eksperimentas
Aštrūs šešėliai stiklainyje
Sauga: Nežiūrėkite tiesiai į ryškią šviesą.
Priemonės
- mažas žaislas arba moneta
- ryškus LED žibintuvėlis
- skaidrus stiklinis indelis
- vanduo
- šiek tiek pieno (arba pieno miltelių)
- baltas popierius
Žingsniai
- Padėkite baltą popierių ant stalo kaip ekraną ir pastatykite žaislą šiek tiek virš jo.
- Pašvieskite žibintuvėliu į žaislą taip, kad jis mestų šešėlį ant popieriaus. Atkreipkite dėmesį, koks aštrus kraštas.
- Padėkite žaislą ir žibintuvėlį taip, kad šviesa kristų per tuščią skaidrų indelį tarp šviesos ir popieriaus; atkreipkite dėmesį į šešėlį.
- Pripildykite indelį vandens ir bandykite dar kartą; atkreipkite dėmesį į bet kokius pokyčius.
- Į vandenį įlašinkite kelis lašus pieno, kad jis šiek tiek sudrumstėtų, ir vėl pašvieskite šviesa. Stebėkite, kaip šešėlio kraštas tampa neryškesnis. Ką tai rodo: Mažos dalelės vandenyje išsklaido šviesą ir sulieja šešėlio kraštą, kaip oras Žemėje, o giedros sąlygos suteikia ryškesnius šešėlius.
Naudingi terminai
- Šešėlis: visiškai tamsi šešėlio dalis, kurioje užblokuojama tiesioginė šaltinio šviesa.
- Pusšešėlis: dalinis šešėlis aplink šešėlį, kuriame užblokuojama tik dalis šviesos šaltinio.
- Išsklaidymas: kai šviesa atsispindi nuo mažų dalelių ar dujų molekulių ir sklinda naujomis kryptimis.
- Difrakcija: nedidelis šviesos išlinkimas aplink kraštus, svarbus tik labai mažais masteliais.
Vaikai klausia
Kodėl Mėnulis nėra visiškai juodas šešėlyje?
Šiek tiek šviesos vis dar pasiekia šešėliuotas vietas nuo atspindžių nuo netoliese esančios saulės apšviestos žemės ir dėl plono šviesos išsklaidymo Mėnulio paviršiuje.
Ar šešėliai išlieka ryškūs Mėnulio saulėtekio ir saulėlydžio metu?
Kraštai vis dar ryškūs, tačiau žemi saulės kampai sukuria ilgus šešėlius, o reljefas gali išsklaidyti daugiau šviesos į tamsias vietas.
Ar šešėliai Marse būtų tokie pat ryškūs?
Marse yra plona atmosfera ir dulkės, todėl šešėliai ten yra mažiau ryškūs nei Mėnulyje, bet ryškesni nei Žemėje.