луна и солнце у горизонта больше чем в зените
Почему Солнце и Луна кажутся у горизонта больше?
Чем обусловлено кажущееся увеличение размеров Солнца у горизонта?
Действительно, Солнце и Луна у горизонта всегда кажутся нам в несколько раз большими, чем вдали от него. Вместе с тем точные измерения показывают, что реальные угловые размеры этих тел на небе меняются совсем незначительно. Следовательно, мы имеем дело с иллюзией.
Одно из объяснений кажущегося возрастания размеров Луны и Солнца у горизонта было предложено еще Птолемеем (II в. н.э.) и состоит в следующем. Если светило находится у горизонта, то непроизвольно мы относим его к большему расстоянию от нас на воображаемом небосводе, чем в том случае, когда оно наблюдается высоко над горизонтом. Но поскольку угол, под которым виден диаметр светила, в обоих случаях почти один и тот же (зто подтверждают измерения), то реальный его диаметр у горизонта кажется увеличенным. Поясним сказанное.
Живя на поверхности Земли, мы привыкаем к тому, что самые удаленные от нас объекты (облака, деревья, холмы, дома, волны и т.д.) находятся почти всегда у самого горизонта. Причем обычно, чем они ближе к горизонту, тем они дальше от нас. Когда же мы оцениваем «на глаз» угловой размер объекта, то в качестве единицы измерения используем некий субъективный «стандартный угол», который соответствует стандартному объекту на стандартном расстоянии от нас. Последнее возрастает по мере приближения объекта к горизонту. Это приводит к уменьшению единичного стандартного угла, поскольку его величина обратно пропорциональна расстоянию (обратная пропорциональность получается только для достаточно малых углов).
С верхнего этажа высотного здания автомобиль внизу кажется меньшим, чем в случае, когда он наблюдается на точно таком же расстоянии с первого этажа.
Так же один и тот же протяженный небесный объект у горизонта кажется большим, чем вдали от него, так как в первом случае он охватывает больше стандартных единиц измерения угла, чем во втором. Это относится и к дискам Луны и Солнца, и к звездным конфигурациям в созвездиях.
Проблему нельзя считать решенной до конца. Понятия «стандартный объект», «расстояние» и «угол» остаются довольно расплывчатыми. Возможно, их конкретный смысл различен для разных наблюдателей, а для одного и того же наблюдателя может быть различен в разное время. Иначе говоря, степень кажущегося увеличения размеров Луны и Солнца у горизонта может зависеть от условий наблюдений.
Почему Солнце и Луна у горизонта кажутся такими большими?
Почему Солнце и Луна у горизонта кажутся такими большими?
Нам кажется, что Солнце или Луна на закате (или на восходе) выглядят больше, когда они высоко в небе. Именно кажется, я не случайно выделил это слово. Все происходит у нас в мозгу, на сетчатке глаза их диаметр в любом случае остается одинаковым. Есть несколько объяснений этого эффекта и, кстати, к единому мнению, почему так происходит, ученые еще не пришли.
Интуитивно наш мозг видит небо в виде приплюснутого купола, полагая, что объекты, расположенные ближе к горизонту находятся значительно дальше, чем объекты, которые находятся над головой. Облака в небе — хороший пример этого эффекта. Облака у горизонта, находятся дальше и кажутся меньше, чем облака, которые находятся над наблюдателем. И мозг считает, что Луна у горизонта, по аналогии с облаками, должна быть меньше. А так как в действительности ее размер не меняется, то мозг сам увеличивает ее. И нам кажется, что Луна больше. Кроме того, мозг сравнивает Луну с предметами, находящимися у горизонта, например, с уменьшившимися в размерах деревьями. С Солнцем наш мозг поступает так же.
То, что увеличение размера Луны это только иллюзия, подтверждают и нехитрые опыты.
Сделайте бумажную трубку и посмотрите через нее на низко стоящую Луну. Неожиданно обнаружится, что Луна уменьшилась до обычных размеров, потому что мы не видим теперь других предметов у горизонта и их перспективного уменьшения. Уберите трубку, и Луна снова становится большой!
Еще можно сделать две фотографии Луны: когда она находятся высоко в небе и когда у горизонта. Размер диска на фотографиях будет одинаковым (естественно, что фото нужно делать при одинаковом фокусном расстоянии объектива).
Изменение размера — это всего лишь иллюзия, оптический обман, порождаемый «обработкой» изображения нашим мозгом!
«Иллюзия Луны»
Нам кажется, что Солнце или Луна на закате (или на восходе) выглядят больше, когда они высоко в небе. Именно кажется, я не случайно выделил это слово. Все происходит у нас в мозгу, на сетчатке глаза их диаметр в любом случае остается одинаковым. Есть несколько объяснений этого эффекта и, кстати, к единому мнению, почему так происходит, ученые еще не пришли.
А то, что происходит в мозгу, иллюстрирует этот рисунок
Наш мозг считая, что это изображение обладает глубиной, принимает все объекты за размещенные в пространстве. Верхний отрезок воспринимается как расположенный дальше, чем нижний. А при условии, что оба отрезка оставляют равный след на сетчатке глаза, но один из них дальше, мозг посылает сознанию сигнал, что верхний отрезок больше.
Тот же эффект мы видим и на этом рисунке
А теперь вернемся к Солнцу и Луне.
Интуитивно наш мозг видит небо в виде приплюснутого купола, полагая, что объекты, расположенные ближе к горизонту находятся значительно дальше, чем объекты, которые находятся над головой. Облака в небе — хороший пример этого эффекта. Облака у горизонта, находятся дальше и кажутся меньше, чем облака, которые находятся над наблюдателем. И мозг считает, что Луна у горизонта, по аналогии с облаками, должна быть меньше. А так как в действительности ее размер не меняется, то мозг сам увеличивает ее. И нам кажется, что Луна больше. Кроме того, мозг сравнивает Луну с предметами, находящимися у горизонта, например, с уменьшившимися в размерах деревьями. С Солнцем наш мозг поступает так же.
То, что увеличение размера Луны это только иллюзия, подтверждают и нехитрые опыты.
Сделайте бумажную трубку и посмотрите через нее на низко стоящую Луну. Неожиданно обнаружится, что Луна уменьшилась до обычных размеров, потому что мы не видим теперь других предметов у горизонта и их перспективного уменьшения. Уберите трубку, и Луна снова становится большой!
Еще можно сделать две фотографии Луны: когда она находятся высоко в небе и когда у горизонта. Размер диска на фотографиях будет одинаковым (естественно, что фото нужно делать при одинаковом фокусном расстоянии объектива).
Изменение размера — это всего лишь иллюзия, оптический обман, порождаемый «обработкой» изображения нашим мозгом!
Иногда на восходе или на закате можно наблюдать приплюснутость, а порою и совсем странные искажения солнечного или лунного диска. Чаще всего такие искажения наблюдаются у Солнца на закате в тихие безоблачные дни. Всему виной рефракция — преломление лучей в атмосфере Земли.
Луч света, идущий, например, от звезды (точка 1), искривляется в атмосфере и мы видим звезду выше её истинного положения, в точке 2.
Это значит, что благодаря рефракции мы видим звезду, уже зашедшую за горизонт. Чем выше над горизонтом находится звезда, тем меньшую толщу атмосферы приходится преодолевать лучу, и тем меньшие возникают преломления.
С Солнцем немного сложнее. По аналогии с приведенной выше картинкой, при заходе Солнца, когда оно уже опустилось за горизонт, мы продолжаем его видеть — рефракция приподнимает диск. А на восходе Солнце еще находится под горизонтом, а мы, благодаря рефракции, его уже видим. Т.е. день для нас наступает раньше, а заканчивается позже. Но Солнце, в отличие от звезды, имеет видимые размеры. И лучи, идущие от его нижнего края, преломляются сильнее, чем те, которые идут от верхнего. Это происходит потому, что нижним лучам приходится преодолевать большую толщу атмосферы Земли. И, соответственно, преломляются они по разному, нижний край приподнимается немного сильнее верхнего — диск оказывается сплюснутым.
astro-talks
форум для любителей астрономии
Самые частые «астрономические» вопросы и мифы
Модератор: Ernest
Самые частые «астрономические» вопросы и мифы
Сообщение Ernest » 23 янв 2012, 10:30
Действительно при первом же взгляде мы удивляемся огромному диску Луны или Солнца на закате или восходе, в то время как высоко над горизонтом он совсем не поражает воображение. Встречаются забавные науко-подобные объяснения этого явления, например, его связывают увеличивающим действием атмосферы вблизи горизонта. На самом деле это сугубо иллюзорный факт. Простейшие угловые измерения показывают, что по сравнению с зенитом, изменение видимого углового размера диска Луны/Солнца у горизонта ничтожно (диски светил у горизонта вследствие дифференциальной атмосферной рефракции «плющит», то есть сжимает по вертикали, кроме того Луна у горизонта на 7 тыс. км. дальше от нас чем в зените) и ни как не может быть объяснением феномена. Очевидно, что Луна у горизонта нам только представляется огромной! Эффект сугубо психологический.
Самые частые «астрономические» вопросы и мифы
Сообщение Ernest » 30 янв 2012, 11:18
Что за яркая звезда стала светить мне в окно по вечерам?
Самые частые «астрономические» вопросы и мифы
Сообщение Ernest » 28 апр 2012, 08:58
Каким должен быть телескоп, чтобы увидеть звезды не как точки, а в виде пусть бы и маленьких, но дисков?
Звезды и так в телескоп не видны именно в виде точек. Дефекты оптики, дифракция на краях объектива телескопа, возмущения атмосферы приводят к тому, что изображения звезд размываются и видны в телескопы как пятна более-менее регулярной, часто довольно прихотливой формы. Однако эти пятна имеют мало общего с изображением собственно дисков звезд. Для того, чтобы зафиксировать диски звезд надо преодолеть пределы разрешения накладываемые несовершенствами оптики телескопа и атмосферы. На современных крупных телескопах это решается при помощи так называемой адаптивной оптики, когда форма зеркала подстраивается под те возмущения, которые возникают на пути света к фотоприемнику. Это очень сложная и высоконаучная техника, но и она не в силах преодолеть предел накладываемый волновой природой света. Телескоп для построения изображения использует только ту часть света, испущенного объектом наблюдения, которая проходит через его объектив (главное зеркало). То есть получает только частичную информацию об объекте. Эта частичность, связанная с ограниченными размерами объективов телескопов (их входной апертуры), и приводит к проявлениям дифракции, которая замыливает самые тонкие детали изображения. Чем входная апертура телескопа больше, тем проявления дифракции меньше и тем больше шансов различить диски самых близких к нам звезд.
Самые частые «астрономические» вопросы и мифы
Сообщение Ernest » 09 дек 2012, 10:50
Есть-ли какие-то астрономические предпосылки
для «Конца Света» 21-го декабря 2012 года?
Солнце как обычно в этот день проецируется на область Млечного Пути окружающую знаменитые туманности «Лагуна» и «Трехраздельная».
Планеты Солнечной системы также имеют ни чем не примечательную конфигурацию: Марс в Стрельце примерно в 25 градусах впереди (к востоку от) Солнца, Меркурий в Змееносце в 15 градусов позади (к западу от) Солнца, Венера в Скорпионе в 23 градусах позади Солнца, Сатурн в Деве в 50 градусах позади Солнца, Юпитер в Тельце в оппозиции к Солнцу, Луна в первой четверти в Рыбах.
В этот день будет на исходе метеорный поток Гемениды и примерно в максимуме не очень интенсивный поток Урсид.
На верхней границе ковша Большой Медведицы можно будет наблюдать умеренно яркую телескопическую комету C/2012 K5 LINEAR.
Самые частые «астрономические» вопросы и мифы
Сообщение Ernest » 13 янв 2013, 11:04
Видны-ли звезды на дневном небе из колодца (через печную трубу)?
Re: Самые частые «астрономические» вопросы и мифы
Сообщение Plinius » 12 мар 2013, 16:23
Тоже вроде как по теме, если кто не читал.
Почему звезды в ясную морозную погоду мерцают?
Сообщение Ernest » 02 янв 2015, 09:04
Почему звезды мерцают?
Понимая теперь природу мерцания звезд, можно делать какие-то выводы и в отношении этого явления.
Яркие звезды заметнее мерцают и переливаются цветами радуги просто ввиду особенностей зрения, которому труднее уследить быстропеременные изменения блеска и цвета тусклых объектов.
Мерцание тем интенсивнее, чем более неустойчива погода, интенсивнее восходящие и нисходящие потоки в атмосфере.
Ну а как-же планеты?
Почему блеск планет более устойчив и в меньшей степени поддается динамике неоднородностей атмосферы? Хотя планеты и представляются невооруженному глазу точечными объектами сродни звездам их угловой размер во много тысяч раз больше чем у звезд. Скажем, Юпитер это диск угловым диаметром около 40 угловых секунд (диски даже самых близких звезд видны под углом в тысячные доли угловой секунды). Для того, чтобы заставить его мерцать, надо, чтобы все точки этого диска синхронно попали под действие одной и той-же воздушной линзы. То есть эта «линза» на расстоянии 5 км (типичная высота на которой локализуется слой воздушных линз) должна иметь размер более 1 метра, в то время как типичный их размер много меньше (порядка 200 мм). То есть различные части диска Юпитера находятся под воздействием независимых воздушных линз разной силы и знака, их усредненное действие приводит к тому что глаз получает от этой планеты примерно одну и ту-же сумму света.
Почему Луна над горизонтом кажется больше?
Древние догадывались (а мы благодаря фототехнике и измерительным приборам знаем точно), что размер Луны неизменен вне зависимости от того, близка она к горизонту или, напротив, сияет высоко в небе. Глаза, однако, дают нам ощущение того, что у горизонта спутник больше, а высоко в небе — меньше. 
Уходящая луна на фоне горы Цвайершпитце (1858 метров над уровнем моря). Верхняя долина Рейна, Швейцария. Фото: EPA / ИТАР-ТАСС
Восход Луны над горами Санта Круз, Калифорния, США.
Иллюзия Луны — оптическая иллюзия, которая заключается в том, что Луна низко над горизонтом кажется в несколько раз больше, чем когда она находится высоко в небе (около зенита). На самом деле угловой размер Луны практически не зависит от её высоты над горизонтом. Иллюзия возникает и при наблюдениях Солнца и созвездий. Свидетельства о феномене сохранились с древних времён и зафиксированы в различных источниках человеческой культуры. В настоящее время существует несколько различных теорий, объясняющих эту иллюзию.
Широко распространено заблуждение, бытующее как минимум со времён Аристотеля (IV век до н. э.), заключающееся в том, что бо́льший размер Луны у горизонта объясняется увеличением, создаваемым атмосферой Земли. На самом деле астрономическая рефракция у горизонта, наоборот, немного уменьшает наблюдаемый размер Луны по вертикали и не влияет на размер по горизонтали.
В результате лунный диск около горизонта виден приплюснутым.
Есть и ещё один фактор, из-за которого угловой размер Луны около горизонта слегка меньше, чем когда она в зените. С перемещением Луны от зенита к горизонту расстояние от неё до наблюдателя возрастает на величину земного радиуса, и её видимый размер уменьшается на 1,7 %.
Кроме того, угловой размер Луны слегка меняется в зависимости от её положения на орбите. Поскольку её орбита заметно вытянута, в перигее (ближайшей к Земле точке орбиты) угловой размер Луны составляет 33,5 угловых минут, а в апогее — на 12 % меньше (29,43 угловых минут)[ 1 ][ 2 ]. Эти незначительные изменения не связаны с кажущимся многократным увеличением Луны у горизонта: оно представляет собой ошибку восприятия. Измерения с помощью теодолита и фотографии Луны на различной высоте над горизонтом показывают неизменность размера, около половины градуса, а проекция лунного диска на сетчатку невооружённого глаза наблюдателя всегда имеет размер около 0,15 мм.
| |
Самый простой способ продемонстрировать иллюзорность эффекта — это подержать небольшой объект (например, монетку) на вытянутой руке, прикрыв при этом один глаз. Сравнивая размер объекта с большой Луной у горизонта и с маленькой Луной высоко в небе, можно увидеть, что относительный размер не изменяется. Можно также сделать из листа бумаги трубу и смотреть через неё только на Луну, без окружающих объектов — иллюзия исчезнет.
Возможные объяснения иллюзии
Угол зрения и воспринимаемый размер.
Размер видимого нами объекта может быть определён либо через его угловой размер (угол, который образуют входящие в глаз лучи от краёв объекта) либо через его физический размер (реальный размер, например в метрах). Эти два понятия различаются с точки зрения человеческого восприятия. Например, угловые размеры двух одинаковых объектов, помещённых на расстоянии 5 и 10 метров от наблюдателя, различаются почти в два раза, однако, нам, как правило, не кажется, что ближний объект в два раза больше. И наоборот, если более удалённый объект имеет тот же угловой размер, что и более близкий, мы будем его воспринимать как в два раза больший (закон Эммерта).
На данный момент не достигнуто согласия по вопросу, из-за чего Луна кажется больше у горизонта — из-за бо́льшего воспринимаемого углового размера или из-за бо́льшего воспринимаемого физического размера, то есть кажется ли она как находящаяся ближе или как увеличившаяся в размере.
В 1940-х годах Боринг (Boring, 1943; Holway & Boring, 1940; Taylor & Boring, 1942) и в 1990-х Судзуки (Suzuki, 1991,1998) предложили объяснение иллюзии Луны, согласно которому, кажущаяся величина Луны зависит от степени конвергенции глаз наблюдателя. То есть иллюзия Луны — это результат усиления импульсов к конвергенции глаз, возникающих у наблюдателя, когда он поднимает взгляд наверх (чтобы посмотреть на Луну в зените), а глаза сами по себе стремятся дивергировать. Из-за того, что конвергенция глаз является одним из признаков близости объекта, наблюдателю кажется, что объект высоко в небе меньше по размеру.
В одном из экспериментов Холуэй и Боринг (Holway & Boring, 1940) просили испытуемых сравнить воспринимаемую ими величину Луны с одним из световых дисков, спроецированных на расположенный рядом с ними экран. В первой серии эксперимента испытуемые сидели на стуле. Наблюдая за Луной, находящейся близ горизонта (на уровне глаз наблюдателя), они выбирали диск, который значительно превосходил по величине тот, который они выбирали, когда наблюдали за Луной, находящейся в зените (подняв глаза под углом 30°). Во второй серии испытуемые наблюдали за Луной лёжа на столе. Когда они лежали на спине и смотрели на Луну в зените или когда они были вынуждены закидывать голову назад и поднимать глаза вверх, чтобы из положения на спине увидеть Луну на горизонте, результаты были противоположными. Луна близ горизонта казалась им меньше по величине, чем Луна в зените.
Противники данной гипотезы утверждают, что иллюзия увеличенной Луны быстро затухает при увеличении высоты светила над горизонтом, когда необходимость запрокидывать голову и поднимать глаза вверх ещё не возникает.
Теория относительного размера.
Иллюзия Эббингауза
По теории относительного размера воспринимаемый размер зависит не только от размера на сетчатке, но и от размеров остальных объектов в поле зрения, которые мы наблюдаем одновременно. При наблюдении Луны близко к горизонту мы видим не только Луну, но и другие объекты, на фоне которых спутник Земли кажется больше, чем есть на самом деле. Когда же Луна находится в небе, бескрайние просторы неба заставляют её выглядеть меньше.
Данный эффект был продемонстрирован психологом Германом Эббингаузом. Круг, окружённый маленькими кругами, представляет собой Луну у горизонта и окружающие её маленькие объекты (деревья, столбы и т. п.), а круг, окружённый более крупными объектами, представляет собой Луну в небе. При том, что оба центральных круга имеют одинаковый размер, многим людям кажется, что правый круг на картинке больше. Этот эффект может проверить каждый, вынеся из комнаты во двор какой-нибудь крупный предмет (например, стол). На открытом пространстве он будет выглядеть явно меньше, чем в помещении.
Противники данной теории указывают на то, что пилоты самолётов тоже наблюдают данную иллюзию, хотя в их поле зрения наземных объектов нет.
|
 |
Теория кажущейся удалённости впервые была описана у Клеомеда примерно в 200 г. н. э. Теория предполагает, что Луна у горизонта выглядит больше Луны в небе из-за того, что она кажется дальше. Мозг человека видит небо не как полусферу, чем оно на самом деле является, а как сплюснутый купол. Наблюдая за облаками, птицами и самолётами, человек видит, что они уменьшаются при приближении к горизонту. В отличие от земных объектов, Луна, находясь вблизи горизонта, имеет примерно такой же видимый угловой диаметр, как и в зените, но человеческий мозг пытается компенсировать перспективные искажения и предполагает, что диск Луны должен быть физически больше.
Луна у горизонта оказывается в конце последовательности объектов ландшафта, деревьев и зданий, что говорит мозгу о её большой удалённости. При удалении ориентиров из поля зрения, выглядящая крупной Луна становится меньше.
Исследователи обращаются к модной теории, гласящей о том, что информация, попадающая в зрительную кору головного мозга, идёт в ней двумя разными потоками. Первый — это бинокулярное зрение. Когда изображение от обоих глаз одинаково, объект должен быть далеко, и чем выше сходство изображений, получаемых обоими глазами, тем дальше он находится.
Второй путь использует встроенную в наше восприятие модель мира. В ней мы интуитивно воспринимаем небо как находящееся на некоторой конечной дистанции от нас, а Солнце и Луну (как и звёзды) — располагающимися перед небом (относительно нас), при этом небо служит им фоном.
В отношении небесных объектов это порождает противоречие. Бинокулярное зрение не обманывает — Луна и в самом деле дальше от нас, нежели небо, причём эта разница достигает сотен раз.
