Почему луна то большая то маленькая: GISMETEO: Почему Луна намного больше у горизонта? — События

Содержание

Лунная иллюзия: теории возникновения | Почему Луна то большая, то маленькая

Огромная Луна, висящая над горизонтом, выглядит завораживающе. Но что, если мы вам скажем, что часть её великолепия – это обман зрения? Над загадкой лунной иллюзии человечество бьется с четвертого века до нашей эры. Давайте узнаем о ней побольше и посмотрим, будет ли Луна для нас всё так же очаровательна.

Содержание

  • Почему Луна сегодня такая большая?
  • Что такое иллюзия Луны?
  • Как доказать, что большая Луна на небе – это всего лишь иллюзия?
  • Теории возникновения иллюзии Луны
    • Древняя теория: атмосферное увеличение
    • Теория сплющенного купола
    • Иллюзия Эббингауза
    • Иллюзия Понцо
    • Микропсия конвергенции
  • Почему все эти теории неубедительны?
  • Как сфотографировать большую Луну?
  • Интересные факты

Почему Луна сегодня такая большая?

Луна может казаться больше по двум причинам:

  1. Это суперполнолуние – полная Луна в момент максимального или близкого к максимальному сближения с Землей;
  2. Это иллюзия Луны – обман зрения, при котором Луна кажется больше, когда она висит низко у горизонта.

Чтобы узнать подробнее о первой причине, читайте наш путеводитель по суперлуниям. Здесь мы расскажем об иллюзии Луны.

Что такое иллюзия Луны?

Иллюзия Луны – это обман зрения, при котором Луна выглядит больше у горизонта, чем в зените. Солнце и созвездия также подвержены этой иллюзии. Впервые о ней написал греческий философ Аристотель в «Метеорологии» (350 г. до н.э.). Он считал, что этот феномен связан с особенностями отражения света. И до сих пор нет единого точного объяснения, из-за чего возникает иллюзия Луны.

Как доказать, что большая Луна на небе – это всего лишь иллюзия?

Единственное, что мы знаем точно о лунной иллюзии: она у нас в головах. И вот как проверить это:

  • Сфотографируйте огромную Луну у горизонта и маленький лунный диск в зените с одинаковыми настройками камеры. Когда вы сравните две фотографии, то не увидите никакого различия в размерах. (Дальше в этой статье мы расскажем, как сфотографировать Луну, чтобы она казалась большой на снимке).
  • Сверните лист бумаги и зафиксируйте так, чтобы огромная Луна помещалась в отверстие впритык. Подождите, пока Луна взойдет и посмотрите на нее снова через бумажную трубу — вы увидите, что лунный диск заполняет ровно столько же места.
  • Самый забавный способ выявить иллюзию Луны — посмотреть на нее снизу вверх между собственных ног. Так мозг не будет воспринимать окружающие Луну объекты как знакомые и поэтому не будет создавать иллюзию.

Вам даже не обязательно сравнивать низкую Луну с Луной в зените, чтобы моментально разрушить иллюзию. Если вы просто посмотрите на «огромную» Луну через бумажную трубу или на фотографии, которую вы только что сделали, вы сразу же разочаруетесь, потому что иллюзия работает только когда вы видите Луну в реальном времени и соответствующем пейзаже.

Теории возникновения иллюзии Луны

Луна кажется большой из-за оптической иллюзии, но вопрос — какой? На него до сих пор нет точного ответа, так что ученые продолжают исследования. Давайте рассмотрим несколько наиболее распространенных теорий.

Древняя теория: атмосферное увеличение

В 4 в. до н.э. Аристотель писал, что небесные тела выглядят больше у горизонта. Он предполагал, что атмосфера Земли действует как водная линза, увеличивая изображения Луны, Солнца и звезд, когда они висят низко у горизонта. Греко-египетский астроном Птолемей и греческий астроном Клеомед предлагали похожие теории во 2 веке н.э.

Теория сплющенного купола

В 11 веке н.э. арабский ученый Ибн аль-Хайсам предложил теорию, согласно которой мы воспринимаем небосвод не как полусферу, а как слющенный купол, поэтому расстояние до наивысшей точки на небе кажется короче, чем расстояние до горизонта. Теория утверждает, что мы воспринимаем лунный диск в зените ближе и меньше, а низко висящая Луна кажется нам дальше, и мозг адаптирует ее размер, делая его визуально больше. Наш мозг просто не понимает, что расстояние от Луны до нас не особенно изменяется от ее положения на небосводе.

Иллюзия Эббингауза

Согласно иллюзии, открытой в 1890-х годах немецким психологом Германом Эббингаузом, мы воспринимаем размеры объектов в соответствии с контекстом. В самой известной версии этой иллюзии используются два круга: первый окружен большими кругами, а второй окружен маленькими кружками. Первый круг кажется нам меньше, хотя они одинакового размера. Что касается Луны, она может казаться больше, когда ее окружают деревья, дома и горы, по сравнению с Луной, висящей посреди огромного небесного простора.

Иллюзия Понцо

Как продемонстрировал итальянский психолог Марио Понцо в 1911 году, если мы поместим два одинаковых объекта поперек сходящихся линий, верхний объект будет казаться больше, чем нижний. Феномен также называется «иллюзией железнодорожных путей». Дома, деревья и другие объекты могут служить «железнодорожными путями», создавая линейную перспективу, при которой Луна находится далеко от нас, поэтому ее видимый размер кажется больше.

Микропсия конвергенции

Как утверждается в одной из новейших теорий под названием микропсия конвергенции, наш мозг оценивает расстояние до объектов и их видимый размер по фокусу глаз. Когда мы смотрим на Луну у горизонта, мы фокусируемся на далекое расстояние и воспринимаем Луну как отдаленный большой объект. Когда же мы наблюдаем Луну высоко в небе, нашим глазам не на чем сфокусироваться. Поэтому они настраиваются на стандартное фокусное расстояние длиной всего пару метров, и наш мозг считает, что Луна маленькая и висит совсем близко.

Почему все эти теории неубедительны?

Какими бы интересными эти теории ни казались, для каждой из них найдутся контраргументы:

  • Древние теории атмосферного увеличения опровергаются сразу же, как только вы сравните размеры Луны у горизонта и в зените и увидите, что они одинаковы.
  • Теории Понцо и Ибн аль-Хайсама предполагают, что Луна у горизонта должна казаться дальше, но большинству людей, наоборот, лунный диск кажется ближе в этот момент.
  • Теория Эббингауза не объясняет, почему астронавты и пилоты самолетов также видят иллюзию Луны, хотя рядом с ней нет более мелких объектов для сравнения.
  • Даже новая теория микропсии конвергенции устраивает не всех ученых. Они говорят, что иллюзия Луны также возникает у пожилых людей и людей с имплантированными линзами, у которых нет аккомодации глаз, необходимой для микропсии конвергенции.

Как сфотографировать большую Луну?

Чтобы Луна казалась огромной на снимке, вам тоже необходимо создать иллюзию, но используя технические средства. Вот простое руководство:

  • Используйте фотоаппарат с длиннофокусным объективом: неудивительно, что чем сильнее вы приближаете, тем больше будет выглядеть Луна.
  • Поместите другие объекты (деревья, здания, людей) на передний план, чтобы было с чем сравнить размер Луны. Так работает иллюзия Эббингауза, о которой мы писали выше. Луна будет выглядеть гораздо внушительнее, проплывая на фоне здания, чем на черном пустом небе.
  • Следите за экспозицией и используйте штатив, чтобы получить четкий снимок.
  • Продумайте композицию снимка заранее. Чтобы узнать, когда Луна будет лучше всего выглядеть в выбранном пейзаже, воспользуйтесь приложением Ephemeris — этот инструмент поможет вам выбрать идеальные условия для съемки.

Интересные факты

  • Луна становится желтой или оранжевой на горизонте. Свет Луны проходит сквозь больший объем воздуха у горизонта. В результате короткие волны синего спектра рассеиваются, а более длинные волны красного спектра доходят до нас. Это единственное реальное воздействие земной атмосферы на низко висящую Луну.
  • Низкая Луна, на самом деле, примерно на 1,5% меньше, чем Луна над головой. У горизонта она находится примерно на 6 400 км дальше от нас, чем когда висит в зените. Тем не менее, эта разница в размерах не ощутима на глаз.
  • Планетарии вынуждены делать изображение Луны у горизонта в два раза больше, чтобы она выглядела, как на настоящем небе. Иллюзия Луны работает только с настоящей Луной, так что планетариям приходится жертвовать точностью во благо реализма.
  • Лунную иллюзию часто путают с суперлунием, хотя суперлуния не настолько огромны, как предполагает их название. Суперлуние выглядит на 7% больше, чем обычная Луна, а из-за иллюзии Луны диск нашего спутника кажется нам примерно в два раза больше, чем Луна над головой.

Подведем итог: Луна кажется больше около горизонта из-за лунной иллюзии. Этот обман зрения до сих пор не имеет единого точного объяснения, но мы можем продолжать поиски ответа, наслаждаясь загадочной красотой Луны.

Какая Луна больше — у горизонта или в зените? / Хабр

Если задать вопрос случайному респонденту о том, в каком случае Луна имеет больший видимый размер — когда она у горизонта или высоко в небе, вероятнее всего вы получите ответ, что “у горизонта Луна больше”. Если спросите о том, почему человек так считает, то узнаете, что ваш собеседник много раз видел большую Луну низко над домами и деревьями. Больше всего она была ровно на самом восходе. А высоко в небе Луна всегда была гораздо меньшей на вид.

Безусловно, есть люди, которые могут ответить иначе. Но большинство голосуют в пользу большой Луны у горизонта и маленькой высоко в небе.

Отдельно замечу, что кто-то может говорить о Луне в зените — в высшей точке небосвода — там Луна совсем маленькая (как может показаться). Но с территории России увидеть Луну точно в зените нельзя. И хотя в самой южной точке России — в труднодоступных районах Кавказа — на границе с Азербайджаном — в некоторые периоды, повторяющиеся раз в 18 лет, высота Луны может достигать 79 градусов (11 градусов до зенита не хватает — и это для не вовлеченного в астрономию человека уже “почти там”), но в подавляющем большинстве населенных пунктов Луна не забирается в небо выше 60 градусов, а ведь это только ⅔ на пути к зениту.

Человек, тысячелетиями живший собирательством плодов, аграрным трудом, и по сей день с большим усилием поднимает голову вверх. В его восприятии все, что выше 45 градусов — это уже в зените.

Вернемся к Луне


Мне тоже много лет в моей жизни казалось очевидным, что у горизонта Луна больше, крупнее, а значит — ближе к Земле. Причем, разница эта казалась весьма существенной. Но все поменялось, когда я стал изучать астрономию в Московском Планетарии. Я тогда был в 5-м классе, и не смотря на то, что астрономия во многом базируется на геометрии, которую в школе мы тогда еще не проходили, много внезапно перевернулось с головы на ноги, и встало на свои места.

Да и как раньше такое могло представляться иначе?!

Посмотрите сами:

Человечек, наблюдающий Луну у горизонта, расположен дальше от Луны на радиус Земли, если сравнивать его расположение с тем, которое имеет по отношению к Луне наблюдатель, созерцающий Луну в зените.

На схеме все очевидно, но насколько это было бы очевидно в реальной жизни?

Вообще ни на сколько. Более того, очевидно обратное.

Но почему?


Потому что человек — не угломерный инструмент, не транспортир какой-нибудь. Человек — существо воспринимающее мир субъективно, и исключительно через сравнение одного объекта с другим, да и то — весьма искаженно.

Например:

Луна низко висит над домами. Её можно сравнить с каким-нибудь домом. Например, Луна примерно соответствует размеру какого-то далекого дома. Получаем 1:1 — Луна как дом. Но мы же понимаем, хотя и не проговариваем это: Дом далеко, но он сам по себе большой — больше человека, а значит и Луна большая. Больше ничего здесь не надо, в сознании укрепилась мысль, что Луна размером с дом. И даже, если Луна имеет угловой размер меньше, чем дом, может включиться другой механизм восприятия: Дом темный, а Луна светлая. А, как известно, “белый цвет полнит”.

А теперь смотрим на Луну высоко в небе — сравнить её там не с чем, кроме как с самим небом, которое огромно — небо превышает Луну в угловых размерах в 360 раз! Какая Луна в сравнении с небом? — маленькая! Очень маленькая.

Вот и все причины, по которым Луна у горизонта кажется большой.

Но это не все, что можно сказать о размерах Луны


Многие замечали, что у горизонта Луна (как и Солнце) слегка сплюснутое. Величина этой диспропорции (которая сходит на нет по мере увеличения высоты светил над горизонтом) хорошо заметна глазом, и может достигать 10 и более процентов. Это не полтора процента. Это хорошо заметно глазом.

Откуда это берется? Вряд ли Луна сплющивается сама по себе. К тому же, кто-то на планете в соседнем часовом поясе видит Луну уже поднявшуюся повыше, и вполне себе круглую, а не дынеобразную.

Когда Луна высоко, её свет достигает наблюдателя сквозь атмосферу самой прямой дорогой — с минимальным поглощением и почти не преломляясь в воздухе. Воздух — среда преломляющая световые лучи, изменяющая их направление — как вода или стекло, но несколько слабее.

Если Луна высоко, то её свет входит в атмосферу в направлении близком (ну, условно) к перпендикулярному, что не создает значительных оптических искажений. Но когда Луна низко над горизонтом, её лучи достигают наблюдателя входя в атмосферу очень полого, преломляются сильнее, и вот тут происходят интересные эффекты.

В результате этих эффектов вертикальный видимый размер Луны — правильно! — уменьшается. А горизонтальный остается практически таким же, как если бы Луна была в зените.

Опять мы сталкиваемся с тем, что положение Луны у горизонта приводит к уменьшению её видимых размеров. В данном случае за счет атмосферной рефракции (вот так правильно называется это явление — “атмосферная рефракция”). Влияние атмосферной рефракции на видимый размер Луны гораздо заметнее, нежели изменение её углового поперечника в случае разницы в расстоянии — в предыдущем случае. Но рефракция влияет только на вертикальный размер. Сильно влияет. В момент восхода — в зависимости от сезона и температуры воздуха — Луна может превратиться буквально в “лепешку”… ладно, в тыкву. Но уже через несколько минут сплюснутость лунного лика перестанет бросаться в глаза и окажется совершенно незаметной.

Более всего описанный эффект проявляется в первые минуты после восхода, или за несколько минут до захода — это в равной мере касается и Луны, и Солнца, и даже планет, но планеты сильно меркнут на небольших высотах, и заметить их метаморфозу можно только в телескоп.

Но и это еще не все


Луна сама по себе бывает либо дальше от Земли, либо ближе к ней. И это самая серьезная причина того, что видимый размер Луны может меняться от ночи к ночи в течение месяца.

В самом начале статьи я использовал для простоты среднее расстояние от Земли до Луны — 384 400 километров. Это расстояние меняется в довольно широких пределах — от 356 тыс.км до 407 тыс.км — более чем на 10%, что на порядок превосходит суточные колебания размеров между Луной в Зените и Луной у горизонта (описанные в самом начале), и вполне сопоставимы с тем влиянием, какое оказывает на вид Луны атмосферная рефракция — те же 10%. Но стоит отметить, что атмосферная рефракция уменьшает вертикальный размер Луны, а изменение расстояния до Луны из-за эллиптичности её орбиты влияет на видимый размер нашего естественного спутника целиком — не нарушает пропорций его облика.

Но происходят такие изменения медленнее — не за сутки, а за месяц… хотя, на самом деле, немного быстрее. Луне требуется 27 с небольшим суток, чтобы сделать круг по своей орбите — от точки перигея (где она ближе всего к Земле), добраться до апогея (где расстояние от Луны до Земли максимальное), и вновь вернуться в перигей.

Цикл смены лунных фаз немного длиннее — почти 30 суток.

То и другое в астрономии называется месяц, но в первом случае это так называемый “сидерический месяц” — период времени, за который Луна делает полный оборот по своей орбите, оказываясь вновь в направлении тех же звезд.

Во втором случае мы имеем дело с “синодическим месяцем” — периодом времени, за который проходит полный цикл смены лунных фаз. Это чуть больше полного оборота по орбите, ведь фазы Луны определяются взаимным положением Луны и Солнца. И сделав оборот по орбите, Луна еще 2 дня догоняет Солнце, сместившееся по эклиптике на целое созвездие.

У разницы между сидерическим и синодическим месяцами есть интересное следствие:

В одном календарном году укладывается 12 синодических месяцев и 13 сидерических месяцев. Когда людям рассказывают историю возникновения первых календарей, а лунный календарь — один из первых, то говорят, что Луна делает вокруг Земли за год 12 оборотов, и от этого у нас в календаре 12 месяцев.

Это не так


За год Луна 12 раз полностью меняет все свои фазы. Но оборотов по орбите делает 13. На один оборот больше.

Один оборот разменивается на то, чтобы догнать убегающее Солнце.

В последние годы очень популярным является термин “суперлуние”. Астрономы очень его не любят, и говорят, что никаких суперлуний не бывает. Есть полнолуние, новолуние, первая и последняя четверть. А такой фазы Луны, как “суперлуние” в науке нет. Зато, не слишком погруженные в науку люди с восторгом встречают сообщения в желтых СМИ о том, что нас ждет встреча с необыкновенно большой Луной — самой крупной за последние 5 тысяч лет.

Истина всегда находится где-то посередине — между нигилизмом ученых в отношении термина “суперлуние”, и попытками журналистов раздуть из Луны сенсацию.

Сам по себе термин “суперлуние” не плохой и не хороший. Он означает, что перигей своей орбиты Луна пройдет в фазе близкой к полнолунию. Луна одновременно будет и полной, и самой большой за месяц.

Как мы уже знаем, в несколько раз больше, чем обычно, Луна на вид не станет — только на несколько процентов. И саму по себе эту разницу люди не замечают. Но когда им говорят: “Посмотрите, в это полнолуние Луна необыкновенно большая”, большинство поддается внушению, и соглашается: “Действительно, какая огромная!”

Правильно подобранные слова способны увеличить воображаемый размер Луны не на проценты, а в разы! И человек остается в убеждении, что однажды видел такую большую Луну, какая бывает в 5000 лет один раз, и ему невероятно повезло.

На самом деле — ничего особенного, ведь Луна каждые 27 суток примерно одинаково сближается, с Землей. Если это сближение совпало с полнолунием, то масло в огонь добавляет именно сама полнота Луны — её полный вид убеждает зрителя в её больших размерах.

Но ведь бывает, что прохождение перигея орбиты застает Луну в серповидной фазе. И тогда этот тонкий серп уже не кажется особенно большим — не может казаться большим то, что тонкое и хрупкое — это, друзья, психология. А если сделать снимок Луны — фотоаппаратом с максимальным зумом (я думаю, что 5x вполне хватит) в разные дни, а лучше — раз в неделю делать снимки, при сравнении изображений вы увидите разницу. А на небе глазом — вряд ли.

Можете провести такой эксперимент. Фотографируйте Луну в разные дни, и отмечайте, в какой из дней Луна показалась Вам самой большой. И потом сравните свои ощущения с тем, что получилось на фотографиях. Окажется, что реально большой Луна была, например, в фазе первой четверти (половинка обращенная округлостью на запад), а субъективное ощущение было, конечно, в пользу полной Луны.

Если Луна оказывается в полнолунии и в точке перигея орбиты практически одновременно — в пределах одних суток, то когда в следующий раз такое произойдет?

Через месяц Луна в точке перигея орбиты окажется уже не полной — до полнолуния ей будет недоставать еще две ночи (та самая разницу между сидерическим и синодическим месяцами), а еще через месяц Луна будет в перигее практически половинкой… Разница только нарастает.

Но, как говаривал Козьма Прутков, кто садиться ужинать слишком поздно, рискует превратить ужин в ранний завтрак.

Рано или поздно, полнолуние настигнет Луну в перигее с обратной стороны. Случится это примерно через год. Но — нет — не ровно через год. Хотя, казалось бы, если перицентр лунной орбиты направлен всегда в сторону одного и того же созвездия, то и суперлуния должны повторять примерно раз в год.

Но все дело в том, что орбита Луны тоже поворачивается со всеми своими ключевыми точками. Это очень сложное вращение. Потому что, например, точки перигея и апогея (линия апсид) делают круг почти за 9 лет, а узлы лунной орбиты (в которых орбита Луны пересекается с плоскостью эклиптики — вблизи этих точек случаются затмения) оборачиваются за 18 лет — этот период называется сарос, или круг затмений.

В завершении этого лунного обзора традиционное музыкальное приложение: альбом, посвященный полному циклу смены лунных фаз — то, что мы называем лунным месяцем, или упомянутым в статье «синодическим месяцем», в начале которого Луна рождается тонким серпом, набирает яркость и жизненную силу, становится полной, а потом убывает, возвращаясь к виду тонкого серпа, а потом умирает…

«Музыка Небесных Сфер — часть 2 — рождение, жизнь и смерть»

Луна большая и маленькая • Рауль Нахмансон-Кулиш • Научно-популярные задачи на «Элементах» • Астрономия

Явление, о котором идет речь в задаче, известно с древности и называется «иллюзией Луны». Существует несколько гипотез, объясняющих это явление, но ни одна из них не является окончательной.

Для проверки того, что угловой размер Луны практически не зависит от высоты, удобнее всего использовать прибор наподобие теодолита или оптического прицела, в котором на изображение удаленного предмета накладываются хорошо видимые риски. Если же ни того, ни другого под рукой нет, можно взять линейку или деревянную планку длиной 50–80 см, кусочек прозрачной пленки (например, от упаковки), нанести на пленку тонким маркером шкалу и приклеить ее к торцу линейки или бруска (рис. 1, а). Можно также использовать мелкие гвозди, забив их с небольшим интервалом вдоль торца сверху (рис. 1, б).

С помощью такого нехитрого устройства легко убедиться, что горизонтальный угловой размер Луны остается примерно постоянным независимо от высоты над горизонтом. Если быть совсем точным, то нужно отметить, что если в один и тот же момент времени два наблюдателя будут смотреть на Луну, но для первого она будет в зените (такая ситуация возможна в тропиках), а для второго — на горизонте, то за счет шарообразности Земли первый наблюдатель будет ближе к Луне на расстояние, примерно равное радиусу Земли, а значит, угловой диаметр Луны будет для него даже больше — примерно на 1,6%. Но поскольку один и тот же человек не может одновременно смотреть Луну из двух точек сразу, этот эффект наблюдать трудно.

Угловой диаметр Луны по вертикали будет еще меньше из-за атмосферной рефракции, и если вы посмотрите на Луну у горизонта, то заметите, что она кажется сплющенной.

Итак, мы опровергли гипотезу об истинном уменьшении видимого размера Луны по мере ее подъема над горизонтом. Что же у нас остается?

В подсказке 2 приводится объяснение, связанное с тем, что мы сопоставляем видимый размер Луны с реальным размером зрительно близких к ней или находящихся на ее фоне объектов (рис. 2). Это одно из самых популярных объяснений и часто приводится в литературе как единственно верное. Но так ли это?

Чтобы проверить эту гипотезу, нужно создать условия, при которых в поле зрения есть Луна, но отсутствуют какие-либо объекты с известным размером. Такие условия вполне достижимы, например, при полете в самолете над плотным полем облаков. Однако выяснилось, что в таких условиях иллюзия сохраняется. Более того, многие отмечают, что, когда смотришь вниз под достаточно крутым углом с балкона высотного здания, объекты внизу (люди, автомобили, строения и т. п.) кажутся неестественно маленькими, игрушечными, несмотря на то, что размер этих объектов нам заведомо известен. Этот же эффект легко наблюдать при взлете самолета, когда кажущийся размер сооружений аэропорта после отрыва от взлетной полосы начинает уменьшаться буквально на глазах.

В 1940-х годах Борингом было предложено объяснение, согласно которому при нахождении Луны вблизи зенита сильнее стремление к конвергенции (схождению оптических осей, см. Convergence) глаз, а более сильная конвергенция глаз соответствует меньшему расстоянию, на чем основано бинокулярное зрение. Несколько экспериментов, казалось бы, подтверждают эту гипотезу. В частности, в одном из опытов испытуемые наблюдали за Луной лежа на спине. Когда Луна была в зените, то им не приходилось запрокидывать голову и им казалось, что Луна больше, а когда Луна показывалась у горизонта так, что для ее наблюдения голову надо было запрокидывать, она представлялась меньше. Против гипотезы Боринга говорят следующие факты:

  • Если глаза при взгляде на Луну в зените конвергировали бы, изображение Луны двоилось бы. Этого не наблюдается.
  • Люди, потерявшие зрение на одном глазу в раннем возрасте или, тем более, до рождения, тем не менее испытывают иллюзию Луны.
  • Иллюзия большой Луны быстро падает даже при сравнительно небольшой высоте Луны над горизонтом, когда стремления к конвергенции еще нет.

Последняя из распространенных гипотез (см. третью подсказку), которую выдвинул еще греческий астроном Клеомед (предположительно, жил в I веке н. э.), предполагает, что при наблюдении небесных объектов мы инстинктивно компенсируем перспективные искажения. При этом небесный купол воспринимается нами не как полусфера, а как очень сплюснутый эллипсоид (рис. 3). Один и тот же угловой диаметр проектируется на разные участки неба с субъективно разным расстоянием до них, отсюда и кажущаяся разница в размерах. Эта теория хорошо объясняет, в том числе, наблюдение иллюзии Луны при полете над облаками, при отсутствии ориентиров. Однако ей противоречат данные Боринга по наблюдению Луны лежа на спине. Тем не менее эта гипотеза выглядит сейчас наиболее обоснованной.

Лично я бы дополнил гипотезу Клеомеда сильными сторонами гипотезы Боринга. С моей точки зрения, у каждого из нас есть интуитивная модель восприятия расстояний, ориентируемая по линии горизонта. Причем верхнюю часть этой модели (сплюснутый купол) нужно дополнить нижней частью — ровной горизонтальной поверхностью на уровне наших ступней. Это хорошо объяснит кажущуюся миниатюрность объектов, наблюдаемых далеко внизу. При наблюдении лежа на спине интуитивный купол нашего восприятия поворачивается относительно реального горизонта, и результаты соответственно изменяются.

В подсказке 3 был задан вопрос о возможности провести эксперимент с человеком, который обладает иными, чем у большинства из нас, представлениями о форме неба. Очевидно, такой человек должен с малых лет жить в достаточно закрытых пространствах, когда небо видно очень редко, особенно в направлениях, отличных от зенита. Именно в таких условиях живут племена густых тропических лесов — пигмеи, индейцы сельвы, часть папуасов. Обильный древесный покров и густая листва, препятствующая дальнему обзору во всех направлениях, приводит к формированию другой модели восприятия, более вытянутой вверх, что, по идее, должно препятствовать возникновению иллюзии Луны у таких людей.

Почему Луна иногда кажется такой большой? – NASA Solar System Exploration

Почему Луна кажется такой большой, когда она восходит или заходит? Иллюзия Луны — это название трюка, который наш мозг играет с нами. Фотографии доказывают, что ширина Луны у горизонта такая же, как и когда она находится высоко в небе, но это не то, что мы воспринимаем нашими глазами. Таким образом, это иллюзия, основанная на том, как наш мозг обрабатывает визуальную информацию. Несмотря на то, что мы наблюдаем его уже тысячи лет, до сих пор нет удовлетворительного научного объяснения того, почему именно мы его видим.

Предоставлено: НАСА/Билл Данфорд.

Выйдите на улицу в ночь полнолуния и найдите хорошее место, чтобы посмотреть, как она восходит. Это может быть захватывающим дух, вызывая благоговение «Вау!» от любого наблюдателя за небом. Когда мы наблюдаем Луну у горизонта, она часто выглядит ОГРОМНОЙ — выглядывает ли она из-за плеча далекой горы, поднимается ли над морем, зависает ли над городским пейзажем или нависает над рощами деревьев.

Но вот в чем дело: это все в твоей голове . Действительно. Кажущийся размер Луны равен 9.0007 реальная иллюзия, а не эффект нашей атмосферы или какой-то другой физики. Вы можете доказать это для себя различными способами.

Как доказать иллюзию Луны

Поднесите вытянутый указательный палец к Луне. Вы обнаружите, что ваш ноготь и Луна примерно одного размера. Или попробуйте посмотреть на Луну через бумажную трубку, или наклонитесь и посмотрите между ног назад. Когда вы смотрите на это таким образом, Луна будет далеко не такой большой, как казалась.

Еще один железный способ проверить размер Луны — сделать снимок, когда она находится у горизонта, и еще один, когда она высоко в небе. Если вы сохраните настройки масштабирования камеры одинаковыми, вы обнаружите, что Луна имеет одинаковую ширину от края до края на обеих фотографиях. (На самом деле она может казаться немного сплющенной в вертикальном направлении , когда она находится близко к горизонту. Это результат того, что атмосфера действует как слабая линза.)

Фотографы могут имитировать иллюзию Луны, фотографируя Луну низко. на горизонте с помощью длиннофокусного объектива, со зданиями, горами или деревьями в кадре. Итак, помните, когда вы видите ослепительные фотографии, на которых изображена гигантская Луна над пейзажем: эти изображения создаются путем увеличения удаленных объектов у земли. Другими словами, Луна на этих фотографиях выглядит больше, потому что она увеличена.

Суперлуние восходит 3 декабря 2017 года в Вашингтоне. Это полнолуние было первым из трех последовательных суперлуний. Два других произошли 1 и 31 января 2018 года. Фото: NASA/Bill Ingalls.

Луна ДЕЙСТВИТЕЛЬНО выглядит более желтой у горизонта

Есть одна примечательная особенность, по которой Луна выглядит по-другому, когда она находится низко в небе. Он, как правило, имеет более желтый или оранжевый оттенок по сравнению с тем, когда находится высоко над головой. Это происходит потому, что свет Луны проходит большее расстояние через атмосферу. По мере того, как он проходит более длинный путь, рассеивается больше более коротких и голубых длин волн света, оставляя больше более длинных и красных длин волн. (Пыль или загрязнение также могут усилить красноватый цвет.)

Почему мы видим иллюзию Луны?

Приготовьтесь: мы на самом деле не знаем. Ну, не , а . В зависимости от вашего мышления, эта новость может быть неудовлетворительной или стать поводом для восхищения нашим таинственным мозгом. Но, несмотря на то, что люди наблюдают эту иллюзию уже тысячи лет, у нас до сих пор нет надежного научного объяснения.

В общем, предлагаемые объяснения связаны с парой ключевых элементов того, как мы визуально воспринимаем мир: как наш мозг воспринимает размер объектов, которые находятся ближе или дальше, и как далеко мы ожидаем, что объекты будут находиться, когда они близко к горизонту. Кажется, что наш мозг не знает, что расстояние до Луны не сильно меняется независимо от того, где она находится на небе в данную ночь.

Некоторые считают, что объекты на переднем плане лунного обзора играют роль. Возможно, деревья, горы и здания помогают обмануть ваш мозг, заставляя его думать, что Луна и ближе, и больше, чем она есть на самом деле? Столетие назад был обнаружен эффект, называемый иллюзией Понцо, который описывает, как это работает. В иллюзии у вас есть сцена, где две линии сходятся, как железнодорожные пути, уходящие вдаль. Поверх этих линий начерчены две горизонтальные полосы одинаковой длины. Удивительно, но горизонтальные полосы кажутся разного размера, потому что запрограммированное в вашем мозгу ощущение того, как работает расстояние, заставляет вас воспринимать его таким образом. Этот эффект связан с тем, как работает принудительная перспектива в картинах.

Но и это не идеальное объяснение. Астронавты НАСА на орбите также видят иллюзию Луны, и у них нет объектов на переднем плане, которые могли бы служить подсказками расстояния. Так что, вероятно, есть еще что-то.

День, когда Луна восходит над горами в штате Юта. Предоставлено: NASA/Bill Dunford

Может быть, просто наслаждаться этим?

Несмотря на отсутствие полного объяснения того, почему мы видим ее такой, мы все же можем согласиться с тем, что гигантская Луна — реальная или иллюзорная — прекрасное зрелище. Итак, пока кто-нибудь не разгадает ровно того, чем занимается наш мозг, вероятно, лучше всего просто наслаждаться иллюзией Луны и теми угрюмыми, атмосферными, а иногда и совершенно навязчивыми видами, которые она создает.

Иллюзия луны: почему луна выглядит такой странно огромной прямо у горизонта

Вы когда-нибудь замечали, что луна иногда кажется совершенно гигантской, когда она находится прямо у горизонта?

Ты не один. Иллюзия луны может быть самой широко известной оптической иллюзией в мире, и над ней размышляли тысячи лет. На самом деле есть записи о том, как древние вавилоняне и греки спорили о том, почему возникает иллюзия.

мы знаем, что луна на самом деле больше не занимает часть неба, когда она приближается к горизонту — она просто выглядит так, чтобы человеческие глаза. Но, несмотря на все усилия, приложенные к пониманию иллюзии, мы до сих пор не знаем, почему наш мозг воспринимает луну как большую, когда она находится у горизонта.

«Люди ищут простой и понятный ответ», — говорит Дональд Симанек, физик, давно интересующийся лунной иллюзией. «Но ответ кроется в функционировании человеческого мозга, о котором мы очень слабо понимаем».

В последнее время некоторые нейробиологи даже начали использовать исследования МРТ, чтобы понять, что происходит. Хотя их работа не разрешила иллюзию луны, она проливает на нее некоторый свет — и может даже немного рассказать о процессах, которые человеческий мозг использует для интерпретации визуальной информации.

Иллюзия луны ставила людей в тупик на протяжении тысячелетий

(НАСА)

Аристотель считал, что атмосфера Земли увеличивает Луну, когда она находится у горизонта, заставляя ее выглядеть больше, но с тех пор мы узнали, что он был неправильный. Рассеивающий эффект атмосферы иногда заставляет луну казаться оранжевой или красной, но это не меняет видимый размер луны.

Используя инструмент под названием теодолит, астрономы могут определить, что средняя ширина полной луны составляет около 0,52° (небольшая часть 360°, составляющих все небо) и не меняется в течение ночи. В то время как видимый размер полной Луны может варьироваться от одного цикла к другому (поскольку орбита Луны вокруг Земли слегка эллиптическая, то приближая, то удаляя ее от нас), луна данной ночи занимает примерно одинаковую часть неба, где бы она ни находилась. является.

Вы можете убедиться в этом сами, протянув линейку на расстоянии вытянутой руки и измерив луну в течение ночи. Тщательный анализ фотографий восходящей Луны также показывает, что она не меняется.

На самом деле, измерения показывают, что Луна на самом деле занимает немного меньше неба , когда она находится на горизонте (примерно на 2 процента меньше, если быть точным). Это потому, что он действительно немного дальше от нас. Когда Луна находится прямо над нами, мы видим ее с расстояния между ней и Землей, но когда она находится на горизонте, мы смотрим через дополнительный радиус Земли:

Не в масштабе. (Боб Кинг)

Итак, Аристотель ошибался. Земля не кажется больше из-за неба. Наоборот, это все в наших умах.

Недавнее исследование МРТ подтвердило это. Исследование 2006 года воспроизвело очень похожую иллюзию в лаборатории и обнаружило, что объект, воспринимаемый как больший и дальний (показанный слева), вызывает большую область активации на визуальной карте мозга, чем тот же объект, воспринимаемый как более близкий и меньший. (показано справа) — хотя они одинакового размера:

(Мюррей и др. , 2006)

Объект слева (например, луна на горизонте) на самом деле не больше, а наш мозг в любом случае воспринимайте это как большее.

Почему вид луны на горизонте может обмануть наш мозг

За годы, прошедшие после Аристотеля, люди выдвинули десятки конкурирующих гипотез. Самый известный из них связан с тем, как наш мозг определяет размер объектов на разных расстояниях.

Идея в том, что наш мозг каким-то образом компенсирует воспринимаемое расстояние. Например, когда машина уезжает от вас, площадь вашего поля зрения, которую она занимает, становится все меньше и меньше, но вы знаете, что машина на самом деле не уменьшается. Ваш мозг согласовывает расстояние с его видимым размером, так что машина кажется того же размера, когда она уезжает.

Это становится сложнее, когда мы смотрим на объекты очень далеко, потому что мы не можем точно определить глубину на таком большом расстоянии. Поэтому, если мы воспринимаем луну на горизонте как более далекую, чем в верхней части неба, тот же самый механизм может обмануть нас, заставив думать, что она выглядит больше, чем есть на самом деле.

(Дэмиан Адриан)

«Если вы оцениваете расстояние между вами и Луной как большее, мозг выполняет вычисления и решает, что объект также должен быть больше, чтобы заполнить то же пространство», — говорит Ральф Вейднер, Немецкий нейробиолог, который недавно использовал эксперименты с МРТ для изучения иллюзии.

Было несколько гипотез, почему луна может казаться дальше на горизонте, чем где-либо еще. Некоторые предполагают, что это потому, что мы воспринимаем небо как сплющенный купол, а не как идеальное полушарие (возможно, потому, что мы привыкли видеть его заполненным плоским, относительно низким облачным покровом).

(Манчестерский университет)

Другие предполагают, что большую часть времени, когда мы видим горизонт, на переднем плане есть большие объекты (скажем, поля или горы). «Мы плохо оцениваем расстояние до горизонта, поэтому нам приходится полагаться на наш накопленный опыт, то есть на наши знания о том, насколько велика гора», — говорит Симанек. Мы знаем, что горы огромны, поэтому горизонт должен быть далеко.

В любом случае, с этим объяснением связана большая проблема. Когда вы спрашиваете людей о гигантской луне на горизонте, они обычно говорят, что она кажется ближе, чем обычно, а не дальше. Если бы объяснение мозговой компенсации расстояния было верным, вы бы ожидали, что люди скажут обратное — что мозг смотрит дальше.

МРТ выявили новое объяснение иллюзии луны

(Брент Мур)

Совсем недавно другие исследователи представили обновленную версию этого объяснения для решения этой проблемы. Это новое объяснение основано на недавних нейробиологических исследованиях, которые показывают, что наш мозг имеет две основные системы для обработки визуальной информации: одна определяет, на какой объект вы смотрите (называемая вентральным потоком), а другая определяет, где находится объект (называется дорсальный поток). ). Каждая из них соответствует разным областям мозга.

Новая гипотеза утверждает, что эти две системы работают последовательно, создавая иллюзию луны. Вентральный поток выполняет процесс, описанный в старом объяснении: он видит луну очень далекой, поэтому масштабирует ее и заставляет казаться огромной.

Затем спинной поток определяет, где находится луна. «Он думает: «А, он больше, чем обычно, значит, он должен быть ближе», — говорит Вайднер.

Вейднер и его коллеги проверили эту идею, поместив людей в аппарат МРТ и используя 3D-очки, чтобы показать им иллюзию луны — вместе с другой иллюзией, которая работает почти так же, как теория.

В нем кажется, что круг приближается или отдаляется, но он откалиброван так, что все время занимает один и тот же процент поля зрения. Несмотря на это, люди сообщали, что видели круг больше, когда казалось, что он удаляется дальше, как луна.

Исследователи наблюдали активацию в одних и тех же вентральных областях мозга в обоих случаях по сравнению с контрольными экспериментами, где иллюзия не использовалась. Это не убедительное доказательство того, что иллюзию луны можно полностью объяснить эффектом размера-расстояния, но предполагает, что он присутствует.

Но существует множество других возможных объяснений иллюзии

(Roadcrusher)

Тем не менее, существует множество других идей, объясняющих лунную иллюзию, и среди ученых продолжаются споры о том, какие из них наиболее убедительны. .

Одна из гипотез отмечает, что большую часть времени, когда Луна находится на горизонте, она находится прямо за гораздо меньшими, более детализированными объектами, такими как деревья или здания. Это заставляет его выглядеть больше по сравнению с ним. С другой стороны, когда он находится в небе, он окружен огромным пространством тьмы, из-за чего он выглядит меньше.

Подобный эффект можно увидеть на этом знаменитом изображении, называемом иллюзией Эббингауза: оранжевый круг справа выглядит больше, хотя оба оранжевых круга имеют одинаковый размер.

(Фибоначчи)

Одна из проблем заключается в том, что иллюзия луны может возникнуть, даже если перед ней нет меньших объектов — пилоты, например, сообщают, что видели гигантскую луну у горизонта, когда они в полете. Тем не менее, этот эффект большего сравнения иногда может быть фактором, преувеличивающим ранее существовавшую иллюзию.

Другие предполагают, что иллюзия луны на самом деле может быть вызвана тем, как наши глаза физически фокусируются на объектах на разных расстояниях. Если наши глаза фокусируются на точке, расположенной ближе, чем рассматриваемый объект, это может привести к тому, что объект будет казаться меньше (состояние, известное как микропсия).

Так, например, когда луна находится высоко в небе, поблизости нет объектов, которые могли бы служить подсказками, подсказывающими нашим глазам, на чем сфокусироваться. В этом случае наши глаза по умолчанию находятся в так называемом «фокусе покоя», фокусируясь на точке в нескольких метрах от нас. Это заставляет луну казаться меньше. Напротив, когда луна находится на горизонте, все здания и горы перед ней напоминают нашим глазам, что нужно сфокусироваться дальше, частично устраняя эффект микропсии и делая луну по сравнению с ней больше.

Тем не менее, Симанек и другие утверждают, что это также может объяснить лишь небольшой процент иллюзии луны. Между тем, возможных объяснений даже больше, чем перечисленные здесь, все с различными плюсами и минусами.

Что самое интересное, так это то, что лунная иллюзия — оптическая иллюзия, известная тысячи лет и ежедневно переживаемая миллионами людей — до сих пор не понята и не объяснена должным образом. Несмотря на то, что недавняя работа Вайднера с МРТ предполагает, что объяснение размера-расстояния имеет некоторые достоинства, он говорит, что «ни одно из представленных до сих пор объяснений не является полным».

Наша цель в этом месяце

Сейчас не время для платного доступа. Настало время указать на то, что скрыто у всех на виду (например, сотни отрицателей выборов в бюллетенях по всей стране), четко объяснить ответы на вопросы избирателей и дать людям инструменты, необходимые им для активного участия в американской политике. демократия. Подарки читателям помогают сделать наши журналистские статьи, основанные на исследованиях, бесплатными для всех. К концу сентября мы планируем добавить 5000 новых финансовых спонсоров в наше сообщество сторонников Vox. Поможете ли вы нам достичь нашей цели, сделав подарок сегодня?

Почему Луна у горизонта кажется больше

Полная луна восходит над Брайтоном, Англия, 2015 год. Несанкционированное использование запрещено.

На протяжении тысячелетий в вечернем небе материализовалось озадачивающее зрелище: иногда кажется, что гигантская луна парит над горизонтом, но когда эта заросшая сфера поднимается над головой, она уменьшается до доли своего размера на восходе луны.

Это поразительное явление известно как лунная иллюзия, и тот факт, что оно происходит, хорошо задокументирован, по крайней мере, с четвертого века до нашей эры. Очевидно, что Луна на самом деле не меняет размер, но точная причина, по которой она расширяется и сжимается, продолжает озадачивать ученых и сегодня. (Посмотрите 11 поразительных снимков ноябрьского рекордного суперлуния.)

Вот различные объяснения лунной иллюзии и ее непреходящей тайны.

Лунный обман

Еще в четвертом веке до нашей эры греческий философ Аристотель предположил, что атмосфера Земли может увеличивать изображение Луны на горизонте, так же как вода может увеличивать для наших глаз погруженные объекты.

Греко-египетский астроном Птолемей предложил нечто подобное в своем знаменитом трактате Альмагест , опубликованном во втором веке н. расстояние.

Однако теперь мы знаем, что с земной атмосферой ничего подобного не происходит. Он может изменить цвет луны в зависимости от того, как частицы изгибаются и фильтруют лунный свет, но это все, что он делает.

Совсем недавно психологи начали понимать, что огромная луна на горизонте — это настоящая игра воображения, и относительно легко самому увидеть, что все не так, как кажется.

Установите камеру на штатив и сделайте несколько снимков восходящей огромной луны. Когда луна будет высоко в небе, вернитесь назад и сравните размер лунного диска на своих фотографиях. Вы увидите, что разница ровно нулевая.

Или, когда восходит луна, сверните лист бумаги так, чтобы, когда вы смотрите в трубку, бумага просто обнимала огромную луну. Приклейте свернутую бумагу такого размера и используйте ее, чтобы увидеть восходящую луну. Вы обнаружите, что луна никогда не сжимается и не расширяется внутри этого круга.

Луна всегда занимает примерно 0,52 угловых градуса на небе, или размером с кончик большого пальца на расстоянии вытянутой руки. Это незначительно меняется между лунными циклами, при этом видимый размер Луны становится на 14 процентов больше, чем обычно, во время ее наибольшего сближения с Землей. Тем не менее, фактический угловой размер лунного диска во время одного восхода Луны всегда будет одним и тем же.

Все в твоей голове

В 11 веке арабский математик Ибн Аль-Хайтам разработал первую правдоподобную теорию того, как работает иллюзия луны, предположив, что разница в размерах связана с тем, как наш мозг воспринимает расстояние, а затем с тем, как мы автоматически настроить видимый размер объекта, чтобы он соответствовал.

Аль-Хайтам предположил, что когда луна находится над головой, мы воспринимаем ее ближе и, следовательно, меньше. Но когда луна восходит над далеким горизонтом, мы воспринимаем ее как более далекую и, следовательно, большую.

Одна из причин, по которой горизонт может казаться более далеким, чем небо над головой, заключается в том, что наш мозг воспринимает форму «пространства» как слегка приплюснутый купол, а не идеально круглую сферу. Это означает, что мы оцениваем небесные объекты, находящиеся над головой, как более близкие, чем небесные объекты на горизонте.

В общем, люди плохо оценивают вертикальное расстояние; В следующий раз, когда будете смотреть на горный хребет, попробуйте угадать, как высоко он возвышается над вами.

Иллюзия Эббингауза — один из оптических эффектов, который может помочь объяснить иллюзию луны. На этой иллюстрации синие кружки абсолютно одинакового размера, но те, что справа, кажутся больше, чем те, что слева.

Иллюстрация Питера Гермеса Фуриана, Alamy

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

«Идея воспринимаемого плоского купола неба более многообещающая, поскольку она основана на видимой форме неба, а не на видимом расстоянии до Луны», — говорит психолог Оксфордского университета Брайан Роджерс, который экспериментирует с иллюзией луны в планетарий.

Другая возможность связана с тем, как окружающие визуальные сигналы могут обмануть наш мозг. Эту идею лучше всего иллюстрирует иллюзия Понцо, в которой два одинаковых объекта кажутся совершенно разных размеров в зависимости от визуальных сигналов, обеспечиваемых их окружением.

Проблема в том, что, согласно гипотезе кажущегося расстояния, которую психолог Дон Маккриди называет «популярной, но неадекватной», луна на горизонте должна казаться больше и дальше. Но когда людей спрашивают, как далеко, по их мнению, находится Луна, они говорят, что Луна на горизонте кажется больше и ближе.

Значит, это не совсем работает.

Вселенная теорий

Другая идея, называемая гипотезой относительного размера, предполагает, что корни иллюзии лежат в размерах объектов на переднем плане и что без домов, гор или деревьев лунный диск не казался бы таким большим. . Эта конкретная идея похожа на известную иллюзию Эббингауза, которая демонстрирует, что два одинаковых объекта могут казаться совершенно разными по размеру в зависимости от того, что их окружает.

Более поздняя идея даже предполагает, что виновником может быть бинокулярное зрение, поскольку наш мозг пытается компенсировать воспринимаемое положение Луны перед плоским небом вдали, искажая размер Луны.

Правда в том, что никто пока не согласен с тем, что происходит.

«Хотя на эту тему написаны книги и сотни статей, проблема до конца не решена. Некоторые факторы очевидны, другие нет», — говорит психолог Клаус-Кристиан Карбон из Бамбергского университета в Германии, который также изучает лунную иллюзию с помощью планетариев.

«Что действительно ясно, так это то, что любой вид суперлуния, такой как недавний, когда вы могли увидеть луну на 14 процентов больше из-за чрезвычайной близости Луны к Земле (самая близкая с 1948 года), смехотворно мал по сравнению с психологическим суперлунием».

Читать дальше

Как происходят гибриды животных, от лигеров до зорсов

  • Животные

Как происходят гибриды животных, от лигеров до зорсов загадки эволюции.

Является ли Алжир следующим популярным местом для путешествий в Африке?

  • Путешествия

Является ли Алжир следующим популярным местом для путешествий в Африке?

Древние города-крепости, римские руины и пески Сахары делают крупнейшую страну Африки неизведанным туристическим гигантом, скрывающимся у всех на виду.

Спасает ли река строительство большего количества плотин?

  • Окружающая среда

Спасает ли река строительство большего количества плотин?

Поскольку реки либо бушуют, либо исчезают из-за экстремальных погодных условий, вызванных изменением климата, усиливаются дебаты о том, какую роль плотины должны или не должны играть в управлении ими.