Оппозиционный всплеск (иногда известный как оппозиционный эффект , оппозиционный всплеск или эффект Зеелигера [1] ) — это повышение яркости шероховатой поверхности или объекта с множеством частиц при освещении непосредственно позади наблюдателя. Этот термин наиболее широко используется в астрономии , где он обычно относится к внезапному заметному увеличению яркости небесного тела, такого как планета , луна или комета , когда его фазовый угол наблюдения приближается к нулю. Он так назван, потому что отраженный свет от Луны и Марса кажется значительно ярче, чем предсказывает простая ламбертовская отражательная способность, когда находится в астрономическом противостоянии . Для этого наблюдательного явления были предложены два физических механизма: сокрытие тени и когерентное обратное рассеяние.
Фазовый угол определяется как угол между наблюдателем, наблюдаемым объектом и источником света. В случае Солнечной системы источником света является Солнце, а наблюдатель обычно находится на Земле. При нулевом фазовом угле Солнце находится прямо позади наблюдателя, а объект — прямо впереди, полностью освещенный.
По мере уменьшения фазового угла объекта, освещенного Солнцем, яркость объекта быстро увеличивается. Это происходит в основном из-за увеличения освещенной области, но также частично из-за собственной яркости части, освещенной Солнцем. На это влияют такие факторы, как угол, под которым наблюдается свет, отраженный от объекта. По этой причине полная луна более чем в два раза ярче луны в первой или третьей четверти, хотя видимая освещенная область кажется ровно в два раза больше.
Когда угол отражения близок к углу, под которым лучи света падают на поверхность (то есть, когда Солнце и объект находятся близко к противостоянию с точки зрения наблюдателя), эта внутренняя яркость обычно близка к своему максимуму. При фазовом угле в ноль градусов все тени исчезают, и объект полностью освещен. Когда фазовые углы приближаются к нулю, происходит внезапное увеличение видимой яркости, и это внезапное увеличение называется всплеском противостояния.
Эффект особенно ярко выражен на поверхностях реголита безвоздушных тел в Солнечной системе . Обычной основной причиной эффекта является то, что мелкие поры и ямки поверхности, которые в противном случае были бы в тени при других углах падения, становятся освещенными, когда наблюдатель находится почти на одной линии с источником освещения. Эффект обычно виден только для очень небольшого диапазона фазовых углов около нуля. Для тел, отражательные свойства которых были количественно изучены, детали эффекта оппозиции — его сила и угловая протяженность — описываются двумя параметрами Хапке . В случае планетарных колец (таких как Сатурн ) всплеск оппозиции обусловлен раскрытием теней на частицах кольца. Это объяснение было впервые предложено Гуго фон Зеелигером в 1887 году. [2]
Теория дополнительного эффекта, который увеличивает яркость во время противостояния, — это теория когерентного обратного рассеяния. [3] В случае когерентного обратного рассеяния отраженный свет усиливается под узкими углами, если размер рассеивателей на поверхности тела сравним с длиной волны света, а расстояние между рассеивающими частицами больше длины волны. Увеличение яркости происходит из-за того, что отраженный свет когерентно объединяется с испускаемым светом.
Явления когерентного обратного рассеяния также наблюдались с помощью радара . В частности, недавние наблюдения Титана на длине волны 2,2 см с помощью Кассини показали, что для объяснения высоких альбедо на длинах волн радара необходим сильный эффект когерентного обратного рассеяния. [4]
На Земле капли воды также могут создавать яркие пятна вокруг антисолнечной точки в различных ситуациях. Для получения более подробной информации см. Heiligenschein и Glory (оптическое явление) .
Существование оппозиционного всплеска было описано в 1956 году Томом Герелсом во время его исследования отраженного света от астероида . [5] Более поздние исследования Герелса показали, что тот же эффект может быть проявлен в яркости Луны. [6] Он ввел термин «оппозиционный эффект» для этого явления, но более интуитивно понятный «оппозиционный всплеск» в настоящее время используется более широко.
Начиная с ранних исследований Герелса, оппозиционный всплеск был отмечен для большинства безвоздушных тел солнечной системы. О таком всплеске не сообщалось для тел со значительными атмосферами.
В случае Луны , BJ Buratti и др. предположили, что ее яркость увеличивается примерно на 40% между фазовым углом 4° и 0°, и что это увеличение больше для более шероховатых горных районов, чем для относительно гладких морей . Что касается основного механизма явления, измерения показывают, что эффект противостояния демонстрирует лишь небольшую зависимость от длины волны: всплеск на 3-4% больше при 0,41 мкм, чем при 1,00 мкм. Этот результат предполагает, что основной причиной лунного всплеска противостояния является сокрытие тени, а не когерентное обратное рассеяние. [7]