Oppositionswelle - Opposition surge

Oppositionswelle aus dem retroreflektierenden Mondboden erhellt das Gebiet um Buzz Aldrins Schatten.

Der Oppositionsstoß (manchmal auch als Oppositionseffekt , Oppositionsspitze oder Seeliger-Effekt bekannt ) ist die Aufhellung einer rauen Oberfläche oder eines Objekts mit vielen Partikeln , wenn es direkt hinter dem Betrachter beleuchtet wird. Der Begriff wird am häufigsten in verwendet Astronomie , wo in der Regel in der Helligkeit eines der plötzlichen deutlichen Anstieg bezieht sich Himmelskörper wie ein Planet , Mond oder Kometen als Phasenwinkel der Beobachtung gegen Null geht. Es wird so genannt, weil das von Mond und Mars reflektierte Licht bei astronomischer Opposition deutlich heller erscheint, als durch die einfache Lambertsche Reflexion vorhergesagt . Für dieses Beobachtungsphänomen wurden zwei physikalische Mechanismen vorgeschlagen: Schattenverbergung und kohärente Rückstreuung.

Überblick

Asteroid 1 Ceres , aufgenommen von der Raumsonde Dawn bei Phasenwinkeln von 0°, 7° und 33°. Das linke Bild bei 0° Phasenwinkel zeigt den Helligkeitssprung durch den Oppositionseffekt .

Der Phasenwinkel ist definiert als der Winkel zwischen dem Beobachter, dem beobachteten Objekt und der Lichtquelle. Im Fall des Sonnensystems ist die Lichtquelle die Sonne und der Beobachter befindet sich in der Regel auf der Erde. Beim Phasenwinkel Null befindet sich die Sonne direkt hinter dem Beobachter und das Objekt direkt vor ihm, vollständig beleuchtet.

Wenn der Phasenwinkel eines von der Sonne beleuchteten Objekts abnimmt, nimmt die Helligkeit des Objekts schnell zu. Dies liegt hauptsächlich an der vergrößerten beleuchteten Fläche, aber auch teilweise an der Eigenhelligkeit des sonnenbeschienenen Teils. Dies wird durch Faktoren wie den Winkel beeinflusst, unter dem das vom Objekt reflektierte Licht beobachtet wird. Aus diesem Grund ist ein Vollmond im ersten oder dritten Viertel mehr als doppelt so hell wie der Mond, obwohl der beleuchtete sichtbare Bereich genau doppelt so groß erscheint.

Physikalische Mechanismen

Schatten verstecken

Wenn der Reflexionswinkel nahe dem Winkel liegt, unter dem die Lichtstrahlen auf die Oberfläche treffen (d. h. wenn Sonne und Objekt aus der Sicht des Beobachters nahe an Opposition stehen ), ist diese Eigenhelligkeit normalerweise nahe an ihrem Maximum. Bei einem Phasenwinkel von null Grad verschwinden alle Schatten und das Objekt wird vollständig ausgeleuchtet. Wenn sich die Phasenwinkel Null nähern, kommt es zu einem plötzlichen Anstieg der scheinbaren Helligkeit, und dieser plötzliche Anstieg wird als Oppositionsstoß bezeichnet.

Besonders ausgeprägt ist der Effekt auf Regolithoberflächen von Airless-Körpern im Sonnensystem . Die übliche Hauptursache für den Effekt ist, dass die kleinen Poren und Grübchen einer Oberfläche, die sonst bei anderen Einfallswinkeln im Schatten liegen würden, beleuchtet werden, wenn sich der Betrachter fast in derselben Linie wie die Beleuchtungsquelle befindet. Der Effekt ist normalerweise nur für einen sehr kleinen Bereich von Phasenwinkeln nahe Null sichtbar . Bei Körpern, deren Reflexionseigenschaften quantitativ untersucht wurden, werden Details des Oppositionseffekts – seine Stärke und Winkelausdehnung – durch zwei der Hapke-Parameter beschrieben . Im Fall von Planetenringen (wie dem des Saturns ) entsteht eine Oppositionswelle durch das Aufdecken von Schatten auf den Ringteilchen. Diese Erklärung wurde erstmals 1887 von Hugo von Seeliger vorgeschlagen .

Kohärente Rückstreuung

Eine Theorie für einen zusätzlichen Effekt, der die Helligkeit während der Opposition erhöht, ist die der kohärenten Rückstreuung. Bei kohärenter Rückstreuung wird das reflektierte Licht unter engen Winkeln verstärkt, wenn die Größe der Streuer in der Körperoberfläche vergleichbar mit der Wellenlänge des Lichts ist und der Abstand zwischen streuenden Partikeln größer als eine Wellenlänge ist. Die Zunahme der Helligkeit ist darauf zurückzuführen, dass sich das reflektierte Licht kohärent mit dem emittierten Licht verbindet.

Kohärente Rückstreuphänomene wurden auch mit Radar beobachtet . Insbesondere jüngste Beobachtungen von Titan bei 2,2 cm mit Cassini haben gezeigt, dass ein starker kohärenter Rückstreueffekt erforderlich ist, um die hohen Albedos bei Radarwellenlängen zu erklären.

Wassertropfen

Auf der Erde können Wassertropfen in verschiedenen Situationen auch helle Flecken um den Antisolarpunkt erzeugen . Für weitere Details siehe Heiligenschein und Glory (optisches Phänomen) .

Im gesamten Sonnensystem

Die Existenz der Oppositionswelle wurde 1956 von Tom Gehrels während seiner Untersuchung des reflektierten Lichts von einem Asteroiden beschrieben . Spätere Studien von Gehrels zeigten, dass sich der gleiche Effekt in der Helligkeit des Mondes zeigen ließ. Er prägte den Begriff "Oppositionseffekt" für das Phänomen, aber der intuitivere "Oppositionsschub" wird heute häufiger verwendet.

Seit Gehrels' frühen Studien wurde für die meisten luftlosen Sonnensystemkörper ein Widerstandsanstieg festgestellt. Für Körper mit signifikanter Atmosphäre wurde kein solcher Anstieg gemeldet.

Im Fall des Mondes haben BJ Buratti et al. haben vorgeschlagen, dass seine Helligkeit zwischen einem Phasenwinkel von 4° und einem von 0° um etwa 40% zunimmt, und dass dieser Anstieg für die raueren Hochlandgebiete größer ist als für die relativ glatten Maria . Was den Hauptmechanismus des Phänomens angeht, zeigen Messungen, dass der Oppositionseffekt nur eine geringe Wellenlängenabhängigkeit aufweist: Der Stoß ist bei 0,41 µm um 3-4% größer als bei 1,00 µm. Dieses Ergebnis legt nahe, dass die Hauptursache für den Anstieg der Mondopposition eher das Verbergen von Schatten als die kohärente Rückstreuung ist.

Aufgrund des Oppositionseffekts wurden über die Hälfte (53%) der Entdeckungen von erdnahen Objekten in 3,8% des Himmels in einem direkt von der Sonne abgewandten Kegel von 22,5° gemacht , und die überwiegende Mehrheit (87%) wurde in 15% des Himmels, in einem 45° -Kegel , der von der Sonne abgewandt ist.

Siehe auch

Verweise

Externe Links