地球附近存在一個暗黑星球。
看到這句話,相信很多人都要炸鍋。
那啥?地球附近有個暗黑星球?我們怎麼沒看見,難道是在異次元的世界裡?
當然不是異次元的世界,這個星球實實在在就在我們旁邊,只有幾十萬公裡的地方,晚上你一抬頭就能看見。
晚上抬頭能見的只有月球啊,她可一點不黑,還非常白,非常明亮,人們形容美女的臉龐,都要用皎皎如月呢。
然而事實上,月球就是很黑!
月球表面主要是由玄武巖形成的平原(月海),和斜長石形成的高地組成,其平均反照率只有0.12。反照率是物體反射太陽輻射與接收太陽輻射的比率,完全黑的表面反照率為0,完美白的表面則為1。
可以作為對比的是,我們地球的反照率在太空看來是0.3到0.35,隨雲層的多少而略有變化。所以在地球上看月亮,和在月球上看地球,肯定是完全不同的體驗。首先地球直徑約比月球大4倍,又比月球亮3倍,整個亮度大約是月球的48倍,這意味著在月球上看地球,看到的將是一個巨大的藍色大理石般美麗的星球,纖毫畢現。如果月球上存在人類的話,很可能個個都是詩人,文學高度發達,每年的諾貝爾文學獎都要被月球人包攬了。
那麼月球表面究竟有多黑呢?我們經常走的馬路,陳舊的瀝青路面,其反照率就是0.12,和月球表面的反照率相當,而木炭和新鮮瀝青反照率是0.04,大約比月球表面黑三倍。
這就帶來一個尷尬的問題,為什麼我們晚上看月球,又是那麼明亮呢?尤其是在晴朗高原的夜空,一輪明月更是讓人心潮起伏,詩興大發,不寫一首出來簡直就沒辦法睡著覺。
這是由兩個原因決定的。
一是因為月球是個反射陽光的天體,其周圍的天空極為黑暗,而人體視覺系統的顏色恆常性會重新校準天體和周圍環境的關係,所以我們會感覺月亮是很明亮的物體。
二是衝日浪的存在。我們看物體時,是物體表面反射光線到我們的眼睛引發電化學反應,當光線從接近垂直的表面反射到我們眼睛時,物體被充分地照明,陰影基本都會消失,物體的內在亮度就會接近其最大值。而相位角趨近於零時,物體的表觀亮度還會突然增加,這種突然增加的亮度就是衝日浪(Opposition surge)。
NASA黎明號拍攝的穀神星,相位角分別為0°、7°和33°
日本隼鳥2號在小行星龍宮上著陸前的衝日浪光環
地球上拍攝的衝日浪光環
衝日浪在沒有大氣層的月球表面風化層表現特別明顯,主要原因是月球表面充滿了孔洞和凹坑,當陽光從我們身後射到月球上時,我們與光源幾乎處於一條直線上,相位角接近於零,所有孔洞和凹坑都會被照亮,不再有任何陰影,因而亮度會出現突然的暴增。
衝日效應最早由19世紀德國天文學家雨果·馮·澤利格提出解釋,著名天文學家湯姆·格雷爾斯1956年研究小行星反射光時描述了衝日浪的存在,NASA噴氣推進實驗室的B. J. 布拉迪後來發現,當我們看月球的相位角在4°和0°之間時,月球亮度可以增加40%。這是由於表面粗糙的月球高地被完全照亮了,而相對平坦的月海則對此貢獻不大。在太陽系其它沒有大氣層的天體上,這種衝日效應也非常明顯,而有大氣層的天體,則沒有這種現象發生。
所以看看,雖然我們經常用月亮來比喻膚白貌美的美麗姑娘,但她其實是一位臉龐黝黑的姑娘,只是周圍沒有比她更黑的物體,她才看起來皎潔靚麗,惹人遐思。當然,月球並不是我們太陽系最黑的天體,最黑的是離太陽最近的水星,其平均反照率為10%,90%的太陽輻射都會被她吸收,不知道是不是因為這個才變得如此之黑。