Question:
Si la lune avait une surface de miroir, la terre serait-elle aussi éclairée que par le soleil pendant la pleine lune, ou faudrait-il une forme de miroir différente?
descheleschilder
2017-02-15 18:57:27 UTC
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Supposons que les diamètres apparents du soleil et de la lune soient exactement les mêmes (ce qui en fait très proche de la situation réelle).Si la lune avait une surface de miroir parfaite, la lumière visible réfléchie d'une pleine lune (la nuit) éclairerait-elle la terre avec la même intensité que la lumière visible du soleil le ferait?

Ou cela ne se produirait-il que si nous plaçons un miroir géant plat parfait qui reflète la lumière du soleil pendant la nuit afin que chaque personne du côté nuit de la terre puisse voir le soleil?

Cette vidéo a une visualisation connexe: https://youtu.be/w8I25H3bnNw?t=131 Cette vidéo considère la lune comme une boule disco, pas un miroir sphérique, mais les effets seraient similaires.
Bonne vidéo!Ce serait une bonne idée de faire une vidéo d'un miroir circulaire d'un diamètre égal à celui de la terre, tournant autour de la terre à la même distance que la lune, pour voir comment la lumière du soleil réfléchie illumine le côté sombre de la terre..
@Seth Il vaut la peine de préciser que la partie à laquelle vous avez lié (131 secondes) montre la lune comme une boule disco _ si elle était à la distance de l'ISS_.
Six réponses:
hobbs
2017-02-16 03:35:47 UTC
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Non, à cause de la taille de leurs surfaces. Faisons ces hypothèses simplifiées:

  1. La Terre et la Lune sont toutes deux des sphères à 1 UA du Soleil.
  2. La quantité totale de lumière solaire qu'un objet reçoit est proportionnelle à l'angle solide qu'il prend du point de vue du soleil.
  3. Le Soleil et la Lune sont chacun visibles depuis un hémisphère de la Terre.

Ensuite, la quantité totale de lumière solaire reçue par l'hémisphère ensoleillé de la Terre est proportionnelle au carré du rayon de la Terre, tandis que la quantité totale de lumière solaire reçue par l'hémisphère ensoleillé de la Lune est proportionnelle au carré du rayon de la Lune. Étant donné que la Lune fait ≈1 / 3,67 du rayon de la Terre, elle reçoit ~ 1 / 13,5 la quantité totale de lumière solaire.

Certes, même une Lune parfaitement réfléchissante ne peut pas refléter plus de lumière solaire qu'elle n'en reçoit, donc même si toute la lumière rebondissant sur la Lune atteignait la Terre, elle ne fournirait qu'une luminosité comparable à une journée nuageuse.

Bien sûr, en raison de la géométrie, la plupart de la lumière rebondissant sur la Lune ne atterrit pas sur Terre; il s'en va dans l'espace dans des directions qui manquent complètement la Terre. En faisant une autre hypothèse simplificatrice, je pense que nous pouvons dire que la fraction de celle-ci qui atteint la Terre est proportionnelle à la fraction du ciel de la Lune absorbée par la Terre. La Terre a une taille apparente d'environ 2 degrés vue de la Lune, donc sa taille angulaire est de 2 $ \ pi \ left (1 - \ cos \ frac {2 ^ \ circ} {2} \ right) \ approx 0,00096 $ stéradians . Un hémisphère est de 2 $ \ pi $ stéradians, donc la Terre occupe environ 0,00015 hémisphères (environ 0,015% du ciel de la Lune). Maintenant, géométriquement, une Lune parfaitement réfléchissante devrait illuminer la Terre à environ $ \ frac {0.00015} {13.5} \ approx \ frac {1} {90,000} $ l'intensité du Soleil.

Dans la vraie vie, la lumière d'une pleine lune correspond à environ 1/480 000 de la luminosité du soleil de midi.Étant donné que l'albédo de la Lune se situe entre 0,1 et 0,2 en fonction de l'angle d'incidence, et compte tenu des énormes simplifications apportées dans les calculs ci-dessus, je pense que cela indique que nous sommes dans la bonne direction.

anna v
2017-02-15 20:22:30 UTC
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Vous semblez vous demander si le reflet du soleil d'un miroir sphérique, une surface convexe serait le même que le reflet d'un miroir plat.

Un miroir convexe est dispersif

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L'image du diagramme ci-dessus est une image virtuelle. La lumière ne traverse pas réellement l'emplacement de l'image. Il semble seulement aux observateurs que toute la lumière réfléchie de chaque partie de l'objet diverge de cet emplacement d'image virtuelle

En plus de l'absorption de la surface qu'auraient à la fois un miroir plat et un miroir convexe et ainsi l'énergie serait perdue, beaucoup de rayons seront dispersés dans l'espace et n'atteindront pas la Terre. Un miroir plat (toujours à la pleine lune) a moins de pertes.

Pour la conservation de l'énergie, un miroir plat ne peut donner que la quantité d'énergie fournie par le soleil, et la section transversale de la terre est beaucoup plus grande que la section transversale de la lune, donc il y en aura proportionnellement beaucoup moins l'énergie de cette image par rapport à l'énergie du soleil de midi.

@annav-But si nous rendons le miroir plat aussi grand que le diamètre de la terre, il peut éclairer le côté nuit de la terre pour transformer la nuit en jour.
Vous pouvez le comparer à la pleine éclipse du soleil par la lune.La zone d'obscurité "totale" varie avec le diamètre de la lune.Si le diamètre de la lune était le même que celui de la terre, le jour pourrait être transformé en nuit dans tous les endroits de la terre où vous pouvez voir le soleil.
Eh bien, c'est un autre problème, pas le problème de la lune.
@descheleschilder même si vous aviez un miroir qui faisait exactement le diamètre de la terre, la densité de la lumière le frappant est moindre car il doit être `` derrière '' la terre et donc plus loin et parce que la lumière réfléchie est à nouveau dispersée là où une partiemanquez la terre.Ce n'est que si le miroir était un peu plus grand que la terre et s'il était capable de concentrer tous les rayons réfléchis sur la terre que la limite supérieure de la densité lumineuse serait peut-être la même que celle que la terre obtient directement du soleil.
@JimmyJames Il n'aurait pas à être très loin "derrière" la Terre par rapport à la distance du Soleil à la Terre, donc l'effet d'être plus éloigné pourrait être marginal.Un miroir plat ne disperserait pas la lumière et si un miroir plat de la taille de la Terre était correctement aligné, la quasi-totalité de la lumière réfléchie frapperait la Terre (en supposant à nouveau qu'elle est beaucoup plus proche de la Terre que le Soleil).D'où l'idée de Descheleschilder d'un miroir plat de la taille de la Terre pour transformer la nuit en jour est théoriquement possible (en ce qui concerne l'optique).
L'exemple @annav-The de l'éclipse solaire totale est lié à ce problème, en ce sens qu'il est l'opposé du problème en question.Dans le cas d'une éclipse totale par une lune de la taille de la Terre, vous transformez le côté jour de la terre en nuit (par absorption de lumière), et dans le cas de la réflexion du soleil par un miroir plat et circulaire avec lediamètre de la terre, vous transformez la nuit en jour par la réflexion (au lieu de l'absorption) de la lumière.
Oui, une petite partie de l'énergie du soleil est perdue séquentiellement.
Il convient de réfléchir: en raison de la réversibilité des rayons lumineux, l'illumination de la Terre correspondrait à la zone de l'image-Terre vue sur la lune-miroir par le Soleil.Il s'agit d'un agrandissement de 1 $ / M = (380 000 \ text {km}) / (1 700 \ text {km} / 2) - 1, environ 440 $ environ, donc je pense que cela signifie que nous aurions l'air d'occuper uncercle d'un rayon d'environ 15 km à la surface et nous verrions au plus 1/200 000e la lumière que nous voyons pendant la journée.Je ne pense pas que ce soit plus sombre que la Lune pendant la journée, mais cela dépend de l'albédo et d'autres choses.
D'après [The Bad Astronomer] (http://blogs.discovermagazine.com/badastronomy/2012/08/27/bafact-math-the-sun-is-400000-times-brighter-than-the-full-moon/) le Soleil est 400 000 fois plus brillant que la Lune, donc la Lune-miroir ne serait que ~ 2 fois plus brillante que la Lune.
mmesser314
2017-02-15 20:50:37 UTC
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Je pense que les détails du miroir ne sont pas le point de la question. Nous supposerons un miroir parfaitement réfléchissant et le courberons pour que toute la lumière soit plus ou moins répartie uniformément sur la surface de la Terre.

Non, cela ne serait pas équivalent à un deuxième soleil. Comme le dit Anna, le miroir devrait être plus grand.

enter image description here

Modifier: j'ai mis à jour l'esquisse pour afficher un miroir annulaire. Pour éclairer la Terre comme un deuxième Soleil, il lui faudrait intercepter autant de lumière que la Terre et la refléter uniformément du côté nuit. Cela signifie que si le miroir était un disque plat, il devrait avoir à peu près la même surface qu'un disque plat de la taille de la Terre.

Puisqu'il est à quelques milliers de kilomètres de la Terre, le Soleil serait légèrement plus faible. La superficie devrait être proportionnellement plus grande. Étant donné que l'intensité de la lumière solaire suit une loi carrée inverse, le rapport serait $ d_ {Terre} ^ 2 / (d_ {Terre} - \ Delta d) ^ 2 $.

Avec $ d_ {Earth} = 93 000 000 $ miles, c'est assez proche de 1,00 $.

Mais la Terre et le miroir seraient courbés. La surface du miroir dépendra de la façon dont le miroir est courbé et incliné. Sans ces détails, tout ce que nous pouvons vraiment dire, c'est que ce serait à peu près la taille de la Terre.

S'il s'agissait d'un réflecteur diffus, il y aurait une autre perte de loi carrée inverse qu'Anna a couverte.

Je suppose une surface miroir. Il refléterait toute la lumière sur la Terre et ressemblerait à un soleil annulaire.

@mmesser314-If le miroir est assez grand pour qu'on verrait une copie parfaite du soleil, en ce qui concerne la lumière visible, partout sur terre.Je pense en effet que dans le cas de la lune sphérique, le soleil semble être plus petit et donc l'image ne pourra pas éclairer toute la terre.
Oui.Un miroir de la taille de la lune serait trop petit.D'après le croquis, il faudrait que ce soit à peu près la taille de la Terre.
@mmesser314 Mais, si le miroir avait à peu près la taille de la Terre, une grande partie de celui-ci se trouverait dans l'ombre de la Terre pendant la pleine lune-miroir.
@DavidRicherby - J'ai mis à jour le croquis pour montrer comment cela fonctionnerait.
descheleschilder
2017-02-16 14:48:48 UTC
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Même si un miroir circulaire parfait a le diamètre de la terre, et en supposant que la distance du soleil de la terre est égale à la distance du soleil au miroir, ce miroir ne pourra jamais éclairer le côté sombre de la terre complètement.

Si l'inclinaison du miroir est de 0 degré, alors la lumière du soleil (si le miroir est du côté opposé au soleil) ne pourra pas atteindre la surface du miroir car la terre empêche toute lumière de soleil pour atteindre le miroir.

Si l'inclinaison est telle que toute la lumière du soleil pourra atteindre le miroir, et si l'orientation du miroir est telle que toute la lumière réfléchie atteint la terre, seule une partie ( mais une grande partie) de la lumière atteindra le côté obscur de la terre. L'autre partie atteindra le côté lumière du jour de la terre, de sorte qu'une grande partie de la lumière atteindra le côté nuit, tandis que l'autre partie éclaircira une petite partie du côté jour. Un morceau relativement petit de l'obscurité restera dans l'obscurité.

Lorsque le miroir tourne sur une orbite perpendiculaire au plan dans lequel la terre tourne, alors [à nouveau avec une orientation correcte, qui est, dans ce cas, une inclinaison de 45 degrés par rapport au plan dans lequel la terre tourne autour du soleil (l'écliptique)] la moitié du côté obscur sera éclairé, tandis que la moitié du côté jour recevra deux fois plus de lumière visible.

En fait, après y avoir réfléchi, le miroir circulaire, en raison de son inclinaison par rapport à l'écliptique, ne peut pas éclairer la terre autant que le soleil. Dans l'exemple précédent du miroir circulaire rotatif, vous devez changer la forme circulaire en une forme elliptique.

Pere
2017-02-16 20:04:16 UTC
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Regarder un miroir plat parfait, c'est comme regarder à travers un trou de la même taille avec un soleil de l'autre côté. Par conséquent, vous ne verrez un deuxième soleil que si vous êtes aligné avec lui pour pouvoir voir tout le soleil à travers le trou. Puisque les tailles et les distances sont les mêmes tailles que les distances impliquées dans une éclipse solaire, la lumière du soleil reflétée suivra le même modèle que l'ombre dans une éclipse solaire habituelle. Par conséquent:

  • La lumière totale reçue par la Terre sera faible. Ce sera le même montant que la diminution moyenne de la lumière lors d'une éclipse solaire. Autrement dit, aussi petite que d'autres réponses l'ont montré par un raisonnement différent.
  • La zone d'où vous pouvez obtenir la même lumière du miroir que du Soleil sera aussi grande que la zone d'où vous pouvez voir une éclipse solaire totale - très petite.
  • Les zones à proximité recevront une partie de cette lumière, tout comme certaines zones peuvent voir des éclipses solaires partielles.

En résumé, seule une petite zone de la Terre recevra un autre soleil et l'effet moyen sera minime.

@Pere-I comprend votre façon de penser parce que je pensais dans le même sens.Cette réponse serait vraiment difficile s'il y avait un miroir circulaire plan avec le même diamètre que la lune (et avec la bonne orientation) encerclant la terre.Parce qu'un miroir en forme de sphère diminuera la quantité de lumière atteignant la terre (voir la première réponse par anna v), la quantité de lumière atteignant la terre sera inférieure à la «quantité» d'ombre dans une éclipse solaire complète.
@descheleschilder Oui, cette réponse couvre le cas d'un miroir plat parfait avec le même diamètre apparent de la Lune.Si le miroir était sphérique, le Soleil pourrait être vu par toute personne capable de voir le miroir du côté nuit de la Terre, mais ce cas est déjà couvert par la réponse acceptée.
Jake Watrous
2017-02-15 19:45:15 UTC
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Comme vous le demandez, non.Tout miroir, sphérique ou non, priverait la lumière d'une certaine énergie (changerait sa fréquence) car le miroir serait légèrement chauffé et poussé dans le processus de réflexion de la lumière.

Cela rendrait les nuits moins sombres, mais ne fournirait pas autant de lumière ou d'énergie qu'un deuxième soleil.

-J'ai fait une modification dans ma question pour clarifier ce que je veux dire. Avec le diamètre observé, je voulais dire le diamètre * apparent *, et je faisais référence à un miroir parfait, donc aucune énergie n'est perdue dans le reflet.
La question dit que le diamètre [apparent] observé de la lune et du soleil est le même.
Il l'a changé.Il avait l'habitude de dire la terre.
... alors modifiez votre réponse pour refléter la question (maintenant corrigée).
En outre, la proposition selon laquelle le miroir `` priverait la lumière d'une certaine énergie '', en particulier en modifiant sa fréquence, est à peu près complètement fausse, en particulier si vous voulez en blâmer le chauffage.Le chauffage diminuerait * l'amplitude * et est explicitement exclu car la question pose un miroir parfait.La fréquence ne changerait que via un décalage Doppler, ce qui serait ridiculement minuscule.
@emilio Je suppose, il voulait dire que le miroir n'est pas aussi bon à toutes les fréquences


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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