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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。

月球土壤的复归反射使得艾德林头部阴影的周围因为冲日效应产生的明亮的区域。

概论

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

隐藏的阴影

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

主条目：相干反向散射

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

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

参考资料

  1. ^ 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. 
  2. ^ von Seeliger, H. Zur Theorie der Beleuchtung der grossen Planeten insbesondere des Saturn. Abh. Bayer. Akad. Wiss. Math. Naturwiss. Kl. 1887, 16: 405–516. 
  3. ^ 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.
  4. ^ 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）. 
  5. ^ 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.
  6. ^ 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.
  7. ^ 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

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