De ce Luna poate fi văzută și în timpul zilei? Explicația științifică
Datorită proximității sale față de Pământ, Luna domină cerul nopții. Uneori, însă, Luna poate fi văzută și în timpul zilei. De ce?
Motivul este strâns legat de compararea luminozității suprafeței Lunii cu cea a cerului diurn. Luminozitatea suprafeței este o mărime folosită de astronomi pentru a exprima cât de strălucitor este un corp ceresc extins pe unitatea de suprafață unghiulară pe care o ocupă pe cer.
Dacă luminozitatea suprafeței unui obiect este comparabilă cu cea a cerului sau mai mare, atunci obiectul este vizibil cu ochiul liber. În caz contrar, obiectul este vizibil doar prin intermediul instrumentelor de observare.
Luminozitatea suprafeței Lunii depinde de o combinație de diverși factori, inclusiv de cantitatea de radiație luminoasă de la Soare reflectată de Lună către Pământ, de suprafața cerului pe care o ocupă Luna în diferitele sale faze și de poziția relativă dintre Pământ, Lună și Soare.
Având în vedere definiția sa, pentru a putea calcula strălucirea suprafeței Lunii și pentru a o compara cu cea a aceleiași zone a cerului de zi sau de noapte, trebuie să știm câtă radiație luminoasă provine de la Lună și ce zonă din cer este ocupată de Lună.
Luminozitatea suprafeței Lunii
Shot by Cerqueira
La fel ca toate corpurile din sistemul solar, cu excepția Soarelui, Luna nu emite lumină vizibilă, ci reflectă radiațiile emise de Soare. Acest lucru implică faptul că lumina pe care o observăm venind de la Lună este aceeași cu cea provenită de la Soare, dar remodelată de reflexia pe suprafața Lunii și de trecerea prin atmosfera Pământului.
Pentru a putea calcula cantitatea de lumină pe care o observăm venind de pe Lună, avem nevoie de două ingrediente: câtă lumină solară cade pe suprafața Lunii și fracțiunea din această lumină care este reflectată.
Cantitatea de lumină solară care lovește suprafața Lunii sau a oricărui alt corp din sistemul solar aflat la o anumită distanță față de Soare se calculează cunoscând luminozitatea Soarelui, mai bine spus cantitatea de energie pe care o produce în fiecare secundă, și distanța obiectului față de Soare.
Cu cât ne îndepărtăm mai mult de Soare, cu atât mai puțină energie luminoasă afectează un corp ceresc, scăzând cu inversul pătratului distanței față de Soare.
Astronomii măsoară de obicei luminozitatea aparentă a unui obiect ceresc în unități de magnitudine, o unitate legată de cantitatea de energie afișată mai întâi prin intermediul logaritmului în baza 10 și a unui factor de -2,5.
Cu cât valoarea magnitudinii este mai mare, cu atât un obiect este mai puțin luminos. Soarele are o magnitudine de aproximativ -26,74 față de Pământ, conform washington.edu, astfel încât, deoarece distanța Pământului și a Lunii față de Soare este similară, putem presupune cu o bună aproximație că această valoare este valabilă și pentru Lună.
A doua mărime care ne interesează este fracțiunea de lumină incidentă pe Lună care este reflectată spre exterior. Această cantitate depinde în mod direct de compoziția suprafeței obiectului și de prezența sau absența unei atmosfere.
Luna, în ansamblu, reflectă în medie 14% din lumina care ajunge la suprafața sa.
Combinația dintre cantitatea de lumină reflectată și cea primită de la Soare dă o valoare aproximativă a magnitudinii aparente a Lunii, care, în cazul Lunii pline, este de -12,74, adică de 400.000 de ori mai puțin strălucitoare decât Soarele.
Zona ocupată de Lună pe cer
Ganapathy Kumar
Este ceva normal să observăm că Luna este, împreună cu Soarele, obiectul solar care, privit cu ochiul liber, are cea mai mare extindere unghiulară pe cer.
Luând în considerare doar partea luminată, suprafața ocupată pe cer variază în funcție de fazele Lunii, care urmează un ciclu de 29,5 zile terestre, conform conferences.org.
Suprafața unghiulară ocupată pe cer de Lună poate fi calculată cu ajutorul trigonometriei simple, având în vedere distanța medie Pământ-Lună de 384.400 km și diametrul Lunii de 3474 km, conform livescience.com.
Suprafața maximă, în faza de Lună plină, are un diametru unghiular de 0,52 grade, deci valorează aproximativ 0,21 grade la pătrat.
Comparație între cerul de zi și cel de noapte
Cunoscând suprafața ocupată pe cer și magnitudinea aparentă a Lunii (notată cu m), putem calcula strălucirea suprafeței sale, care variază între 3,5 și 6 magnitudini pe secundă de arc la pătrat.
Aceste valori în sine nu spun nimic dacă nu sunt comparate cu aceleași valori pentru cerul de zi sau cerul de noapte. Cerul diurn, departe de poziția ocupată pe cer de Soare, are o luminozitate de suprafață de aproximativ 4 magnitudini pe secundă de arc la pătrat.
Comparând aceste valori cu cele ale Lunii, putem observa că cele două luminozități ale suprafeței au valori comparabile, oferind astfel o explicație cantitativă a motivului pentru care Luna este adesea vizibilă în timpul zilei.
În schimb, cerul din timpul nopții are o luminozitate de suprafață care, în cazul cerului unui oraș, este de aproximativ 18 magnitudini pe secundă de arc la pătrat.
Deoarece o valoare mai mare corespunde unui obiect mai puțin luminos, cerul din timpul nopții este mult mai întunecat decât Luna în diferitele sale faze și, prin urmare, Luna este întotdeauna clar vizibilă.
Importanța fazelor Lunii
Mark Tegethoff
Luna este vizibilă în timpul zilei, mai ales în apropierea fazei primului sfert și a ultimului sfert. Motivul este legat de poziția Lunii pe cer în raport cu cea a Soarelui.
Când Luna este nouă, poziția sa pe cer, prin definiție, coincide în longitudine cu cea a Soarelui. În plus, fața orientată spre noi este complet în umbră, astfel încât este invizibilă cu ochiul liber de pe Pământ.
Pe măsură ce Luna se îndepărtează de faza nouă, distanța sa unghiulară față de Soare crește treptat. Inițial, Luna nu este încă vizibilă în timpul zilei, deoarece, fiind încă relativ „aproape” de Soare, se află într-o poziție în care cerul are o luminozitate de suprafață mult mai mare decât Luna.
În faza primului sfert, distanța unghiulară a Lunii față de Soare crește suficient de mult pentru ca, în apropierea poziției sale, cerul să aibă o valoare de strălucire a suprafeței comparabilă cu cea a Lunii, ceea ce face ca aceasta să fie vizibilă în timpul zilei.
Luca
Cu toate acestea, odată ce ajungem la faza de Lună plină, revenim la o situație în care Luna este vizibilă doar noaptea, deoarece poziția Lunii pe cer este la 180 de grade opusă celei a Soarelui. Prin urmare, este vizibilă pe cer doar după ce Soarele apune. După Luna plină, în faza ultimului sfert, situația este similară cu cea din primul sfert și, prin urmare, și în această fază Luna poate fi vizibilă în timpul zilei.
