Леонардо Да Винчи объяснил это явление почти 500 лет назад. Он понял, что и Земля, и Луна отражают солнечный свет. Именно освещенную часть Луны мы можем наблюдать с Земли, но даже когда Солнце заходит на Луне за горизонт (один раз в лунный день - 29,5 земных суток), ее поверхность всегда остается слегка освещенной нашей планетой, т.к. Земля никогда не заходит за горизонт на видимом полушарии Луны, за исключением самых крайних точек либрации, где Земля, покачиваясь, то появляется, то исчезает под горизонтом. И именно эти участки Луны светятся слабым призрачным светом. Это явление носит название пепельного света.

Особенности взаимного расположения Луны и Земли таковы, что они всегда находятся в "противофазе", т.е. когда мы видим нарождающуюся половинку Луны, с лунной поверхности Земля предстает в такой же фазе, но уже убывающей. Несложно догадаться, что ярче всего Луна будет "гореть" пепельным светом вблизи новолуния, когда в лунном небе Земля предстает полным или почти полным разноцветным бело-зеленовато-голубым диском, четырехкратно превышающим нашу полную Луну в размере и пятидесятикратно - в блеске.

Лучше всего наблюдать пепельный свет вблизи новолуния еще и потому, что при возрастании фазы Луны свет дневной стороны будет все сильнее "забивать" сияние ночной. Впрочем, в телескоп можно легко видеть пепельный свет вблизи лунной четверти или даже в больших фазах.

Чтобы увидеть это явление невооруженным глазом, стоит дождаться осени, когда хорошо видна старая Луна, а еще лучше весны , когда теплыми ясными вечерами высоко в небе висит серп молодой Луны. Почему именно в эти сезоны, читайте .

Известный российский журнал "Наука и жизнь" в последнем номере (№4 за 2002 год) сообщил своим читателям, что недавно французские астрономы, изучив спектр пепельного света, установили, во-первых, что в нем преобладают голубые тона (недаром Землю называет "голубой планетой"!), а во-вторых, в этом спектре не хватает света с длиной волны менее 725 нанометров. Оказывается, дело в том, что эти длины волн поглощаются растительностью Земли при фотосинтезе. Таким образом, наши леса и луга видны с космических расстояний.
Авторы открытия полагают, что обнаруженное явление можно использовать для поиска растительной жизни на других планетах.

Более того, ученые из Солнечной обсерватории на Большом Медвежьем озере (Канада), изучающие отражательную способность (альбедо) Земли, установили, что больше всего солнечного света наша планета отражает в апреле и мае. И это неудивительно, так как большая часть отражения света приходится на долю облачного покрова, площадь которого изменяется в зависимости от времени года. Сравните: облака отражают половину падающего на них света, в то время как океаны - 10%, а земная поверхность - от 10 до 25%. Больше отражают только снег и лед, но ведь заснежная поверхность может быть окутана облаками, да и площадь поверхности, покрытой снегом, относительно невелика.

Таким образом, в два последних весенних месяца пепельный свет Луны будет примерно на 10% ярче среднегодового. Впрочем, его интенсивность может меняться буквально час от часу вследствие вращения Земли, и амплитуда этих колебаний может достигать 5%. Объясняется это опять же таки неоднородностью земной поверхности. Например, Тихий океан обычно отражает вдвое-трое меньше света, чем приблизительно равный ему по площади континент Азия, особенно если над сушей будет больше облаков.

// NASA, Meteoweb/Skywatching

Бялко А.В. Пепельный свет Луны //Квант. - 1994. - № 1. - С. 38-39.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Всем известно лунное сияние - отраженный лунной поверхностью свет Солнца. Но замечали ли вы слабое свечение Луны в ясные ночи новолуния - так называемый пепельный свет Луны? Оно уверенно наблюдается только в течение двух - трех ночей, близких к новолунию, когда серпик Луны достаточно узок и его свечение еще не мешает различить слабый свет остальной части лунного диска. Тогда диск слегка светится, заметно отличаясь от черного неба. Чем же вызвано это свечение?

Как вы, конечно, знаете, каждый месяц, а точнее через каждые 29,5 суток, взаимное положение Солнца, Земли и Луны почти повторяется. Слово «почти» связано с тем, что орбита Луны ненамного, всего на 6°. наклонена к плоскости земной орбиты и не является точно круговой. Но для нас эти неточности не будут иметь значения.

Посмотрите на рисунок - Солнце освещает Землю и обращающуюся вокруг нее Луну (вращение Земли и обращение Луны происходят в одном направлении). Солнце далеко, поэтому само оно не изображено, а его лучи показаны параллельными. Освещены половины земного и лунного шаров, на затемненной половине Земли - ночь. Конечно, лучше всего и наблюдать Луну ночью - если нет облаков, то свечение неба почти не мешает. Глядя на рисунок, легко понять, почему за месяц происходит смена фаз Луны: новолуния, первой четверти, полнолуния и последней четверти.

Кстати, знаете ли вы способ, как, поглядев на месяц, сразу сказать, в первой он четверти или в последней? (Разумеется, это детская задачка, но ведь труднее всего дать быстрый и правильный ответ, если есть всего две возможности. Наверное, многим известна такая «подсказка»: если к рожкам месяца мысленно приставить палочку и получится буква «Р», то месяц Растет (находится в первой четверти), а если буква «У», то он Убывает. А академик Ландау определял четверти Луны другим способом: «Если месяц хочется погладить, то он молодой» (ясно, что Ландау не был левшой).

Нелишне заметить, что оба эти правила не абсолютны: они придуманы людьми Северного полушария Земли, поэтому в Австралии, например, верны с точностью до наоборот, а в тропиках вообще не годятся - там месяц висит рогами вверх или вниз. Но есть способ, годящийся для всех широт Земли: если вы видите месяц Утром, то он Убывает, а если Вечером - то Возрастает. Посмотрите на рисунок, и вы поймете сами, почему это так. Рисунок дает вид системы «Земля - Луна» как бы с Северного полюса, или лучше сказать - от Полярной звезды, а чтобы представить вид с Южного полюса, от созвездия Южный Крест, надо посмотреть на рисунок в зеркало.

С помощью рисунка нетрудно также понять, что дополнительная подсветка Луны - ее пепельный свет - обусловлена светом Солнца, отраженным Землей. Свечение особенно эффективно в новолуние, когда Луна темна, а все земное полушарие, видимое с Луны, освещено Солнцем. Попробуем рассчитать, во сколько же раз пепельный свет Луны слабее ее обычного света.

Для этого нам понадобится знать, как отражают свет Земля и Луна. Их поверхности рассеивают падающий свет, но рассеивают его неравномерно по разным направлениям. Поэтому чтобы точно вычислить, каково отношение яркостей наблюдаемых одновременно пепельного света Луны и света тонкого рожка лунного месяца, надо знать, как именно рассеянный свет распределяется по направлениям. Эта задача очень трудная. Но можно довольно легко рассчитать отношение этих яркостей в полнолуние - в обоих случаях рассеяние происходит подобным образом, преимущественно назад, поэтому можно сравнивать не яркости, а полные потоки света.

Доля солнечного света, отраженная небесным телом обратно в космос, называется альбедо. От Земли свет отражается ее атмосферой, особенно сильно облаками, закрывающими около половины земной поверхности. В среднем альбедо Земли близко к A Z = 30%, хотя и немного варьируется в зависимости от того, день или ночь над Тихим океаном, занимающим почти полушарие. У Луны атмосферы нет, а породы ее поверхности темные - они поглощают большую часть падающего на них света. В среднем альбедо Луны равно A L = 8%.

Мощность лунного света, попадающая на Землю, конечно, зависит от фазы Луны. В полнолуние с Земли видна вся освещенная Солнцем половина Луны, в первой и последней четверти видна только ее часть, а в новолуние мы можем видеть только темную сторону Луны - ее пепельный свет.

От Солнца исходит излучение, поток энергии которого, падающий на Землю, равен S 0 = 1360 Вт/м 2 . Поскольку расстояние между Землей и Луной много меньше расстояний от них до Солнца, можно считать, что на Землю и на Луну падают одинаковые потоки солнечного света. Рассчитаем полные мощности солнечного света, отраженного Луной и Землей. Если R L - радиус Луны, то на нее падает световая мощность \(~S_0 \pi R^2_L\), а отражается

\(~F_L = A_L S_0 \pi R^2_L\) .

Аналогично, полная мощность солнечного света, отраженного от Земли, равна

\(~F_Z = A_Z S_0 \pi R^2_Z\) .

Примем теперь Землю за точечный источник, равномерно излучающий отраженный ею свет в полусферу (здесь есть небольшая неточность). Тогда поток энергии, падающий на Луну, будет равен \(~S_1 = \frac{F_Z}{2 \pi a^2_L}\), где a L - расстояние от Земли до Луны, а полная мощность пепельного света Луны будет равна

\(~F_{LZ} = A_L S_1 \pi R^2_L = \frac{A_L A_Z S_0 \pi R^2_Z R^2_L}{2 a^2_L}\) .

Теперь вычислим ее отношение к мощности света Луны в полнолуние и получим простую формулу:

\(~\frac{F_{LZ}}{F_L} = A_Z \frac{R^2_Z}{2 a^2_L} = \frac{1}{24000}\) .

Поскольку геометрия отражения в обоих случаях одинакова, то соотношение, выведенное для мощностей света, справедливо и для яркостей света: пепельный свет Луны слабее ее отраженного света примерно в 24 тысячи раз. Наш глаз устроен так, что он может, прищурясь, недолго смотреть на ослепительный диск Солнца, рассматривать освещенную Солнцем Луну, световая мощность которой меньше в 2,5 миллиона раз (\(~A_L \frac{R^2_L}{2 a^2_L}\)) и даже различать ее пепельный свет, ослабленный еще в 24 тысячи раз. И это еще далеко до предела чувствительности глаза!

Но почему же мы так редко замечаем пепельный свет Луны? Дело в том, что его мешает различить на фоне неба свечение земной атмосферы. Если наблюдение ведется под утро или не очень поздно, свет атмосферы вызван рассеянием на больших высотах солнечного света, а глубокой ночью небо светится из-за уличного освещения городов. Свой вклад вносит и сам серпик месяца - при толстом месяце в первой или последней четверти он достаточно велик, чтобы затмить пепельный свет темной, неосвещенной Солнцем, части Луны. Легко понять, что свечение неба резко возрастает даже при легкой облачности или дымке. Поэтому наблюдать пепельный свет Луны можно только в очень ясные ночи и при очень узеньком серпике месяца.

Почему все внимание в нашей Солнечной системе достается планетам? Есть факты о нашей собственной Луне, которые мы либо еще не знаем, либо узнали полвека назад, когда по ее поверхности прошлось двенадцать человек. Другие луны могут содержать жизнь или доказательство невероятно жестоких событий, которые изменили саму природу Солнечной системы. Некоторые луны просто симпатичные, как Харон. Что за Харон, спросите вы?

Плутон и его крупнейшая луна Харон заблокированы вместе в гравитационном танце, то есть всегда обращены лицом друг к другу. Ну и что? Это означает, что астронавт на Плутоне либо никогда не увидит Харон, либо тот будет висеть над его головой постоянно.

Наша Луна тоже заблокирована гравитацией Земли, и поэтому мы никогда не видим ее дальней стороны. Разница в том, что Земля намного больше Луны, поэтому заблокирована только Луна. Плутон и Харон почти одинаковых размеров и заблокированы друг другом. Как следствие, рождается странный эффект: если вы на дальней стороне Плутона, вы никогда не увидите Харон. На ближней стороны он будет в семь раз больше нашей Луны и будет висеть на небе в течение шести с лишним дней. Кстати, о нашей Луне.

Наша Луна не всегда была мертвой

Часть миссий «Апполона» заключались в том, чтобы люди ступили на нетронутую поверхность Луны, которая была холодной и мертвой в течение трех или четырех миллиардов лет. «Аполлон-15» и «Аполлон-17» нашли необычно высокие показатели тепла, но это могла быть ошибка инструментов. Никто не ожидал обнаружить там активные вулканы. Но оказалось, что динозавры порядка 70 миллионов лет назад - а также слоны и лошади на Земле, появившиеся 33 миллиона лет назад, - возможно, наблюдали горячие лавовые потоки на Луне. Когда-нибудь и мы могли такое наблюдать.

Астронавты «Аполлона-15» сделали снимки неровных пятен на базальтовых морях. Никто понятия не имел, что это такое, пока не появились более качественные снимки, начиная с 2009 года. С тех пор ученые поняли, что эти необычные пятна - удивительно юные вулканы. Было обнаружено 70 таких вулканов. Это открытие говорит о том, что недра Луны оставались горячими гораздо дольше, чем полагали ученые. Возможно, они по сей день частично расплавлены.

Луна отражает жизнь на Земле

Есть еще один свет, который мы видим на Луне: это слабое свечение неосвещенной части полумесяца. Оно называется «пепельный свет Луны», потому что появляется в результате освещения полной Земли в лунном небе, которое проливается на лунный ландшафт. Ученые пропустили этот пепельный свет через спектрометр и обнаружили «биосигнатуры» нашей атмосферы и растений. Биосигнатуры - это уникальные отпечатки спектра пепельного света, которые появляются в результате отражения солнечного света от растительности, океанов и облаков Земли. Да, космические аппараты NASA подтвердили, что на Земле есть жизнь.

Теперь, когда они знают, что искать, астрономы попытаются найти биосигнатуры в спектре пепельного света других планет в далеких солнечных системах. Они пока не готовы связаться с внеземной жизнью, но открытие такого пепельного света в качестве отражения жизни будет важным шагом в этом направлении.

Венера может пролить свет на происхождение нашей Луны

Многие эксперты утверждают, что Луна сформировалась, когда объект размером с Марс столкнулся с Землей во время ранних дней существования Солнечной системы. Это хорошее объяснение того, почему химия Луны так похожа на земную, но оно не удовлетворяет некоторых ученых. На недавней встрече, посвященной происхождению Луны, был поднят вопрос «Из чего сделана Венера?». Это хороший вопрос. Венера и Земля сформировались близко друг к другу в большом облаке пыли, из которого родилась наша Солнечная система. Они примерно одного размера, так почему же у Земли есть Луна, а у Венеры нет?

Никто не знает. Вся наша информация о Венере сводится либо к картинкам, либо данным, собранным орбитальными аппаратами. Образцы почвы, которых у нас нет, может быть единственным способом объяснить, отличается ли химически сестринская планета от Земли и Луны. Если это не так, и Венера обладает похожей на земную геохимией, откуда взялась Луна? От Венеры или Земли?

Луны показывают, что орбиты планет-гигантов могли быть другими

Астрономы называют луны, похожие на нашу, «правильными», потому что их орбиты, как правило, округлые и не имеют больших углов. Есть также «неправильные» луны, вращающиеся вокруг гигантских планет, - Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна - с орбитами, которые имеют странные углы и пути.

Ученые говорят, что эти неправильные луны все примерно одного размера. У каждой из планет-гигантов есть примерно одно и то же число таких спутников. Компьютерное моделирование показывает, что все эти неправильные луны могли быть кометами, которые были захвачены миллиарды лет назад, если бы на тот момент у гигантских планет были другие орбиты. Согласно этой теории, сдвиг планеты-гиганта также вызвал дождь комет и других обломков во внутренней солнечной системе, который также был известен как Поздняя тяжелая бомбардировка.

У лун могут быть луны (технически)

По крайней мере у одного астероида есть луна. Хотя не должно быть. Солнце намного больше астероида, поэтому должно было с легкостью украсть луну у этого астероида. Но этот астероид оказался достаточно далеко от Солнца, чтобы проявился эффект так называемой сферы Хилла. Сфера Хилла - это пространство вокруг объекта (скажем, Земли), в котором гравитация сильнее гравитации большего, но более далекого объекта (скажем, Солнца). Наша Луна вращается вокруг Земли, а не вокруг Солнца, благодаря земной сфере Хилла.

Теоретически любая луна, которая находится достаточно далеко от планеты, может обладать лунами в пространстве Хилла, но такого никогда не наблюдалось. Может быть, мы просто не видели таких пока. Тем не менее в этих процессах задействованы другие силы вроде крошечных вибраций гравитации - «приливных сил», - которые привели бы к тому, что подобия лун развалились бы или улетели. Так что, может быть, и нет никаких лун у лун. Но технически могут быть.

У Сатурна есть троянские луны

Сатурн - единственная планета в нашей Солнечной системе, у которой некоторые луны прячутся на орбите других лун. Тетис и Диона не одиноки в своем пути вокруг Сатурна. Позади и впереди каждого спутника следуют меньшие луны. Две орбиты, три луны на каждом.

Этот эффект не имеет ничего общего со сферами Хилла. Существуют стабильные лагранжевы точки впереди и позади Тетиса и Дионы. Эти точки находятся там, где гравитационное притяжение во внутреннем направлении точно соответствует внешней центростремительной силе маленьких троянских лун, которые движутся слишком быстро для своей весовой категории. Так что же случилось с другими лунами, которые не находились в стабильных лагранжевых точках? Они либо сбежали, либо столкнулись друг с другом, добавив материала к кольцам Сатурна.

Слоистая структура океана Ганимеда может прятать жизнь

В 90-х годах космический аппарат NASA «Галилей» посетил Юпитер и нашел доказательства того, что под ледяной поверхностью Ганимеда и нескольких других лун прячутся чрезвычайно соленые океаны. Поначалу ученые считали, что сильный холод и высокое давление на дне океана Ганимеда заморозили воду, тем самым снизив вероятность нахождения там жизни.

Согласно новой теории, океан Ганимеда представляет собой «трехслойный бутерброд» из льда, который чередуется с водой. Нижний слой представлен очень соленой водой. Экстремофилы скорее живут в воде, нежели во льду, и поскольку внизу могут существовать гидротермальные источники, похожие на земные, эта новая модель повышает шансы на то, что Ганимед может укрывать жизнь.

В 2022 году Европейское космическое агентство планирует запустить космический аппарат, который будет изучать Ганимед и, возможно, даже высадится на него.

Титан производит сырье для пластмасс

Джордж Карлин ошибался: природе не нужны люди, чтобы делать пластмассу. Крупнейшая луна Сатурна уже работает над этим. Титан - единственная луна в Солнечной системе с весьма примечательной атмосферой. Там туманно, сама погода ужасна. Идут дожди из метана и других углеводородов. Если ученые правы, атмосфера на этой луне должна быть такой же, как на Земле, но на нашей родной планете все значительно улучшилось. Когда солнечный свет попадает в углеводороды в атмосфере Титана, те разбиваются на части и образуют другие молекулы. Этот процесс похож на химический крекинг, который мы должны проводить с углеводородами здесь, на Земле, чтобы получить сырые ингредиенты для пластика. Космический аппарат «Кассини» обнаружил пропилен и этан на Титана. Их используют производители пластика для производства полипропилена и полиэтилена.

На Европе может быть жизнь

Европа - еще одна из тех ледяных лун Юпитера, которая может обладать подземным океаном. Правда, на Ганимед она не похожа. Большую часть ее поверхности покрывает оранжево-коричневый материал наряду с белым льдом. NASA назвало оранжево-коричневый материал Европы «неледяным компонентом», потому что никто толком не знает, что это. Однако астрогеолог NASA использовал инфракрасный свет, чтобы сравнить оранжево-коричневый материал с экстремальными бактериями на Земле. И заявил, что хотя никаких точных соответствий найдено не было, результаты были на удивление схожими.

Нет, жизнь на Европе пока обнаружена не была. Единственный способ проверить это наверняка - взять образцы. Европа очень далека и опасна для посещения из-за юпитерианской радиации. Но роботизированные аппараты вполне справятся с ее анализом. Возможно, NASA в ходе миссии Europa Clipper даже сбросит на нее роверы вроде тех, что сейчас на Марсе.