冲日浪
冲日浪（opposition surge，有时称为冲日效应、冲日尖峰或西利格效应[1]）是当照明直接来自观测者的后方，而在粗糙的表面，或有许多颗粒物体产生的亮光。这个名词广泛的应用在天文学，一般是指天体，如行星、月球或彗星，在观测时的相位角接近零时，亮度突然明显增加的现象。它会如此命名是因为在冲时月球和火星反射的光，比简单的朗伯反射率所预测的亮度出现显著的增加。对这种观测的现象提出了两种物理机制：阴影的隐匿性和相干的反向散射。
概论 编辑
相位角的定义是观测者观察的天体和光源之间的角度。在太阳系中，光源是太阳，观测者是坐落在地球上。在相位角为0时，太阳是在观测者的后方，而被观测的天体在前方，因此向着地球的这一面完全被照亮着。
天体的亮度与相位角的关系，当与太阳的相位角迅速地降低，而天体的亮度会急遽的增加。这主要的原因是受光的面积增加，但也有一部分是因为阳光照射部分的内在亮度，影响这个因素的是来自被观测天体反射阳光的角度。因此，可见的被照亮区域确实只有两倍大，但满月光度超过上弦月或下弦月的两倍。
物理机制 编辑
隐藏的阴影 编辑
当反射角接近光线击中物体表面的角度时（从观测者的角度看，即当太阳和物体接近冲的位置），通常这个物体的内在亮度是接近其最大值 。在相位角是0度时，物体被充分的照明，所有的阴影都会消失。而当相位角趋近于0时，表观亮度还会突然增加，这突然增加的亮度就称为冲日浪。
这种效应在太阳系天体没有大气的风化层表面上特别明显，主要原因是被照明的表面充满了小孔和坑洞，当观察者与光源几乎在同一条线上时，在其它入射角时的阴影处会被照亮。这种效应只有在相位角接近0的很小的范围内才看得见。当对物体的反射性质已进行过定量研究，详细的冲日效应 －其强度和角度－ 可以由两个哈普克参数描述。在行星环（例如土星环），冲日浪是肇因于环上粒子的阴影覆盖。这是雨果·冯·泽利格在1887年率先提出的解释 [2]。
相干反向散射 编辑
冲日浪亮度增加的另一个理论是相干散射[3]。在相干散射，如果散射体表面的尺度相当于光的波长，而散射粒子间的距离大于一个波长，反射光会在很窄的角度被增强。亮度的增加是因为所发出的反射光连贯的结合。
相干散射的现象也已经用雷达观测到。特别是，最近卡西尼－惠更斯号使用2.2公分的雷达观测泰坦显示，需要相干散射效应来解释雷达波长的高反照率[4]。
在太阳系 编辑
汤姆·格雷尔斯在1956年研究来自一颗小行星的反射光时就描述了冲日浪的存在[5]。格雷尔斯后来的研究显示月球的亮度也有相同的效果[6]。他创造了冲日效应（"opposition effect"）这个名词描述此一现象，但更直观的冲日浪（"opposition surge"）现在被更广泛的使用。
自格雷尔斯的研究开始，就注意到冲日浪只出现在没有大气层的太阳系天体，对有大气层的天体则没有这种亮度激增的报告。
在月球，B. J. Buratti 等人建议在相位角4°和0°之间，亮度增加了40%。这种增加大部分来自表面粗糙的月球高地，而非对平滑的月海。对于这种现象的主要机制，测量显示与波长的依赖性很小：涌浪的3-4%在0.41μm，然后是1.00 μm。此一结果显示冲日浪的主要原因是阴影隐藏而不是相干散射[7]。
相关条目 编辑
参考资料 编辑
- ^ Hameen-Anttila, K.A.; Pyykko, S. Photometric behaviour of Saturn's rings as a function of the saturnocentric latitudes of the Earth and the Sun. Astronomy and Astrophysics. July 1972, 19 (2): 235–247. Bibcode:1972A&A....19..235H.
- ^ von Seeliger, H. Zur Theorie der Beleuchtung der grossen Planeten insbesondere des Saturn. Abh. Bayer. Akad. Wiss. Math. Naturwiss. Kl. 1887, 16: 405–516.
- ^ Hapke, B. Coherent Backscatter: An Explanation for the Unusual Radar Properties of Outer Planet Satellites （页面存档备份，存于互联网档案馆） Icarus 88: 407:417.
- ^ Janssen, M.A.; Le Gall, A.; Wye, L.C. Anomalous radar backscatter from Titan’s surface?. Icarus. 2011, 212 (1): 321–328 [October 31, 2011]. Bibcode:2011Icar..212..321J. ISSN 0019-1035. doi:10.1016/j.icarus.2010.11.026. （原始内容存档于2019-06-01）.
- ^ Gehrels, T. (1956) "Photometric Studies of Asteroids. V: The Light-Curve and Phase Function of 20 Massalia （页面存档备份，存于互联网档案馆）". Astrophysical Journal 195: 331-338.
- ^ Gehrels, T.; Coffeen, T.; & Owings, D. (1964) "Wavelength dependence of polarization. III. The lunar surface （页面存档备份，存于互联网档案馆）". Astron. J. 69: 826-852.
- ^ Burrati, B. J.; Hillier, J. K.; & Wang, M. (1996) "The Lunar Opposition Surge: Observations by Clementine （页面存档备份，存于互联网档案馆）". Icarus 124: 490-499.
外部链接 编辑
- Hayabusa observes the opposition surge of Asteroid Itokawa
- opposition effect （页面存档备份，存于互联网档案馆）, "Atmospheric optics" website. Includes a picture of the opposition surge on the moon
- opposition effect mechanism （页面存档备份，存于互联网档案馆）, "Atmospheric optics" website. Diagrammatic representation of the opposition surge
- "The-moon wikispaces" opposition surge page Archive.is的存档，存档日期2013-02-09
- Opposition surge on Saturn's B Ring as seen by Cassini–Huygens