Почему луна на горизонте кажется больше чем в зените
«Иллюзия Луны»
Нам кажется, что Солнце или Луна на закате (или на восходе) выглядят больше, когда они высоко в небе. Именно кажется, я не случайно выделил это слово. Все происходит у нас в мозгу, на сетчатке глаза их диаметр в любом случае остается одинаковым. Есть несколько объяснений этого эффекта и, кстати, к единому мнению, почему так происходит, ученые еще не пришли.
А то, что происходит в мозгу, иллюстрирует этот рисунок
Наш мозг считая, что это изображение обладает глубиной, принимает все объекты за размещенные в пространстве. Верхний отрезок воспринимается как расположенный дальше, чем нижний. А при условии, что оба отрезка оставляют равный след на сетчатке глаза, но один из них дальше, мозг посылает сознанию сигнал, что верхний отрезок больше.
Тот же эффект мы видим и на этом рисунке
А теперь вернемся к Солнцу и Луне.
Интуитивно наш мозг видит небо в виде приплюснутого купола, полагая, что объекты, расположенные ближе к горизонту находятся значительно дальше, чем объекты, которые находятся над головой. Облака в небе — хороший пример этого эффекта. Облака у горизонта, находятся дальше и кажутся меньше, чем облака, которые находятся над наблюдателем. И мозг считает, что Луна у горизонта, по аналогии с облаками, должна быть меньше. А так как в действительности ее размер не меняется, то мозг сам увеличивает ее. И нам кажется, что Луна больше. Кроме того, мозг сравнивает Луну с предметами, находящимися у горизонта, например, с уменьшившимися в размерах деревьями. С Солнцем наш мозг поступает так же.
То, что увеличение размера Луны это только иллюзия, подтверждают и нехитрые опыты.
Сделайте бумажную трубку и посмотрите через нее на низко стоящую Луну. Неожиданно обнаружится, что Луна уменьшилась до обычных размеров, потому что мы не видим теперь других предметов у горизонта и их перспективного уменьшения. Уберите трубку, и Луна снова становится большой!
Еще можно сделать две фотографии Луны: когда она находятся высоко в небе и когда у горизонта. Размер диска на фотографиях будет одинаковым (естественно, что фото нужно делать при одинаковом фокусном расстоянии объектива).
Изменение размера — это всего лишь иллюзия, оптический обман, порождаемый «обработкой» изображения нашим мозгом!
Иногда на восходе или на закате можно наблюдать приплюснутость, а порою и совсем странные искажения солнечного или лунного диска. Чаще всего такие искажения наблюдаются у Солнца на закате в тихие безоблачные дни. Всему виной рефракция — преломление лучей в атмосфере Земли.
Луч света, идущий, например, от звезды (точка 1), искривляется в атмосфере и мы видим звезду выше её истинного положения, в точке 2.
Это значит, что благодаря рефракции мы видим звезду, уже зашедшую за горизонт. Чем выше над горизонтом находится звезда, тем меньшую толщу атмосферы приходится преодолевать лучу, и тем меньшие возникают преломления.
С Солнцем немного сложнее. По аналогии с приведенной выше картинкой, при заходе Солнца, когда оно уже опустилось за горизонт, мы продолжаем его видеть — рефракция приподнимает диск. А на восходе Солнце еще находится под горизонтом, а мы, благодаря рефракции, его уже видим. Т.е. день для нас наступает раньше, а заканчивается позже. Но Солнце, в отличие от звезды, имеет видимые размеры. И лучи, идущие от его нижнего края, преломляются сильнее, чем те, которые идут от верхнего. Это происходит потому, что нижним лучам приходится преодолевать большую толщу атмосферы Земли. И, соответственно, преломляются они по разному, нижний край приподнимается немного сильнее верхнего — диск оказывается сплюснутым.
# факты | Почему Луна на горизонте кажется больше?
Этот вопрос являлся предметом спора несколько тысяч лет. Согласно одному популярному мифу, этим вопросом заинтересовался еще Аристотель в 4-м веке до нашей эры. И до сегодняшних дней считалось, что этот оптический эффект увеличения вызывается атмосферой Земли. Суть в том, что оптический эффект здесь действительно играет свою роль, однако работает он здесь скорее в обратном направлении.
На самом деле атмосферная рефракция (преломление в атмосфере световых лучей) заставляет Луну выглядеть меньше в вертикальной плоскости, когда она находится ближе к горизонту, и больше, когда она находится высоко в небе. Если провести расчеты, то станет очевидно, что рефракция, положение Луны на горизонте, а также факт того, что в этот момент наш естественный спутник становится примерно на 6,5 километров удаленнее от нас, фактически заставляет Луну на самом деле выглядеть на 1,5 процента меньше.
Но если не атмосферная рефракция Земли, то что заставляет Луну выглядеть на горизонте больше? Если кратко, то всему виной обычная оптическая иллюзия. Да, это действительно так. Проверить это можно очень просто, даже не имея рядом с собой высокотехнологичных инструментов. Самый высокотехнологичный инструмент, который вам понадобится — обычная линейка. Возьмите линейку и измерьте диаметр Луны, когда она будет находится на горизонте. В ту же ночь, когда Луна будет располагаться выше в небе, измерьте ее диаметр снова. Только убедитесь в том, что для получения более-менее точных результатов линейка будет находится на одинаковом расстоянии от ваших глаз в обоих случаях. Если вы сделаете все правильно, то сами убедитесь, что полученные результаты будут примерно одинаковы, даже несмотря на то, что ваш мозг будет считать, что Луна выглядит в два раза больше, когда находится на горизонте.
Что конкретно вызывает в нашем мозге эту оптическую иллюзию? По поводу этого вопроса ученые до сих пор не пришли к единому мнению, однако весьма вероятно, что это все как-то связано с размеро-согласованностью. Другими словами, наш мозг не может соотнести реальное представление размера объекта с тем, насколько по его мнению этот объект удален от нас. Например, когда вы видите человека вдалеке от вас, его голова кажется невероятно маленькой. Только ваш мозг в этот момент не думает о том, что человек и его голова на самом деле маленькие. Он скорее корректирует ваше восприятие, полагаясь на все то, что в этот момент также будет находиться в вашем поле зрения и таким образом создает восприятие глубины.
Похожий эффект восприятия происходит и в случае Луны. Только на сей раз ваш мозг ошибочно считает, что Луна, находясь на горизонте, расположена дальше от нас, и следовательно она больше. Это иллюзия Понцо, оптический эффект, получивший свое название в честь итальянского психолога Марио Понцо, который первый его и продемонстрировал.
Почему Луна над горизонтом кажется больше?
 |
 |
Иллюзия Луны — оптическая иллюзия, которая заключается в том, что Луна низко над горизонтом кажется в несколько раз больше, чем когда она находится высоко в небе (около зенита). На самом деле угловой размер Луны практически не зависит от её высоты над горизонтом. Иллюзия возникает и при наблюдениях Солнца и созвездий. Свидетельства о феномене сохранились с древних времён и зафиксированы в различных источниках человеческой культуры. В настоящее время существует несколько различных теорий, объясняющих эту иллюзию.
Широко распространено заблуждение, бытующее как минимум со времён Аристотеля (IV век до н. э.), заключающееся в том, что бо́льший размер Луны у горизонта объясняется увеличением, создаваемым атмосферой Земли. На самом деле астрономическая рефракция у горизонта, наоборот, немного уменьшает наблюдаемый размер Луны по вертикали и не влияет на размер по горизонтали. В результате лунный диск около горизонта виден приплюснутым.
Есть и ещё один фактор, из-за которого угловой размер Луны около горизонта слегка меньше, чем когда она в зените. С перемещением Луны от зенита к горизонту расстояние от неё до наблюдателя возрастает на величину земного радиуса, и её видимый размер уменьшается на 1,7 %.
Кроме того, угловой размер Луны слегка меняется в зависимости от её положения на орбите. Поскольку её орбита заметно вытянута, в перигее (ближайшей к Земле точке орбиты) угловой размер Луны составляет 33,5 угловых минут, а в апогее — на 12 % меньше (29,43 угловых минут)[1][2]. Эти незначительные изменения не связаны с кажущимся многократным увеличением Луны у горизонта: оно представляет собой ошибку восприятия. Измерения с помощью теодолита и фотографии Луны на различной высоте над горизонтом показывают неизменность размера, около половины градуса, а проекция лунного диска на сетчатку невооружённого глаза наблюдателя всегда имеет размер около 0,15 мм.
 |
Самый простой способ продемонстрировать иллюзорность эффекта — это подержать небольшой объект (например, монетку) на вытянутой руке, прикрыв при этом один глаз. Сравнивая размер объекта с большой Луной у горизонта и с маленькой Луной высоко в небе, можно увидеть, что относительный размер не изменяется. Можно также сделать из листа бумаги трубу и смотреть через неё только на Луну, без окружающих объектов — иллюзия исчезнет.
Размер видимого нами объекта может быть определён либо через его угловой размер (угол, который образуют входящие в глаз лучи от краёв объекта) либо через его физический размер (реальный размер, например в метрах). Эти два понятия различаются с точки зрения человеческого восприятия. Например, угловые размеры двух одинаковых объектов, помещённых на расстоянии 5 и 10 метров от наблюдателя, различаются почти в два раза, однако, нам, как правило, не кажется, что ближний объект в два раза больше. И наоборот, если более удалённый объект имеет тот же угловой размер, что и более близкий, мы будем его воспринимать как в два раза больший (закон Эммерта).
 |
На данный момент не достигнуто согласия по вопросу, из-за чего Луна кажется больше у горизонта — из-за бо́льшего воспринимаемого углового размера или из-за бо́льшего воспринимаемого физического размера, то есть кажется ли она как находящаяся ближе или как увеличившаяся в размере.
Вообще, полного объяснения этой особенности человеческого восприятия до сих пор не существует. В 2002 году Хелен Росс и Корнелис Плаг выпустили книгу «Загадка лунной иллюзии»[3], в которой, рассмотрев различные теории, сделали вывод: «Ни одна теория не победила». К тому же решению пришли авторы сборника «Лунная иллюзия», выпущенного в 1989 году под редакцией М. Хершенсона[4].
Существует много различных теорий, объясняющих иллюзию Луны. Ниже перечислены лишь основные из них.
В 1940-х годах Боринг (Boring, 1943; Holway & Boring, 1940; Taylor & Boring, 1942) и в 1990-х Судзуки (Suzuki, 1991,1998) предложили объяснение иллюзии Луны, согласно которому, кажущаяся величина Луны зависит от степени конвергенции глаз наблюдателя. То есть иллюзия Луны — это результат усиления импульсов к конвергенции глаз, возникающих у наблюдателя, когда он поднимает взгляд наверх (чтобы посмотреть на Луну в зените), а глаза сами по себе стремятся дивергировать. Из-за того, что конвергенция глаз является одним из признаков близости объекта, наблюдателю кажется, что объект высоко в небе меньше по размеру.
В одном из экспериментов Холуэй и Боринг (Holway & Boring, 1940) просили испытуемых сравнить воспринимаемую ими величину Луны с одним из световых дисков, спроецированных на расположенный рядом с ними экран. В первой серии эксперимента испытуемые сидели на стуле. Наблюдая за Луной, находящейся близ горизонта (на уровне глаз наблюдателя), они выбирали диск, который значительно превосходил по величине тот, который они выбирали, когда наблюдали за Луной, находящейся в зените (подняв глаза под углом 30°). Во второй серии испытуемые наблюдали за Луной лёжа на столе. Когда они лежали на спине и смотрели на Луну в зените или когда они были вынуждены закидывать голову назад и поднимать глаза вверх, чтобы из положения на спине увидеть Луну на горизонте, результаты были противоположными. Луна близ горизонта казалась им меньше по величине, чем Луна в зените.
Противники данной гипотезы утверждают, что иллюзия увеличенной Луны быстро затухает при увеличении высоты светила над горизонтом, когда необходимость запрокидывать голову и поднимать глаза вверх ещё не возникает.
По теории относительного размера воспринимаемый размер зависит не только от размера на сетчатке, но и от размеров остальных объектов в поле зрения, которые мы наблюдаем одновременно. При наблюдении Луны близко к горизонту мы видим не только Луну, но и другие объекты, на фоне которых спутник Земли кажется больше, чем есть на самом деле. Когда же Луна находится в небе, бескрайние просторы неба заставляют её выглядеть меньше.
 |
Данный эффект был продемонстрирован психологом Германом Эббингаузом. Круг, окружённый маленькими кругами, представляет собой Луну у горизонта и окружающие её маленькие объекты (деревья, столбы и т. п.), а круг, окружённый более крупными объектами, представляет собой Луну в небе. При том, что оба центральных круга имеют одинаковый размер, многим людям кажется, что правый круг на картинке больше. Этот эффект может проверить каждый, вынеся из комнаты во двор какой-нибудь крупный предмет (например, стол). На открытом пространстве он будет выглядеть явно меньше, чем в помещении.
Противники данной теории указывают на то, что пилоты самолётов тоже наблюдают данную иллюзию, хотя в их поле зрения наземных объектов нет.
Теория кажущейся удалённости впервые была описана у Клеомеда примерно в 200 г. н. э. Теория предполагает, что Луна у горизонта выглядит больше Луны в небе из-за того, что она кажется дальше. Мозг человека видит небо не как полусферу, чем оно на самом деле является, а как сплюснутый купол. Наблюдая за облаками, птицами и самолётами, человек видит, что они уменьшаются при приближении к горизонту. В отличие от земных объектов, Луна, находясь вблизи горизонта, имеет примерно такой же видимый угловой диаметр, как и в зените, но человеческий мозг пытается компенсировать перспективные искажения и предполагает, что диск Луны должен быть физически больше.
 |
 |
Эксперименты, проведённые в 1962 году Кауфманом и Роком (Kaufman & Rock)[5], показали, что существенным фактором при создании иллюзии являются наглядные ориентиры.
Луна у горизонта оказывается в конце последовательности объектов ландшафта, деревьев и зданий, что говорит мозгу о её большой удалённости. При удалении ориентиров из поля зрения, выглядящая крупной Луна становится меньше.
Такое же объяснение предлагают Джозеф Антонидес (Joseph Antonides) и Тоширо Кубота (Toshiro Kubota) из Университета Саскуэханны (США) в недавно опубликованной работе[6]. Да, механизм контрастно-размерной теории проверен в иллюзии Эббингауза. Но типичный размер кажущегося увеличения предметов в такой иллюзии равен 10%. А кажущееся увеличение Луны у горизонта равно двукратному (при предельно нижнем положении, не во всех широтах). Самое интересное, отмечают они, что иллюзия Эббингазуа, как и большинство оптических иллюзий вообще, не исчезает на фото. Луна же на фотографии вовсе не кажется большей, чем на самом деле.
Исследователи обращаются к модной теории, гласящей о том, что информация, попадающая в зрительную кору головного мозга, идёт в ней двумя разными потоками. Первый — это бинокулярное зрение. Когда изображение от обоих глаз одинаково, объект должен быть далеко, и чем выше сходство изображений, получаемых обоими глазами, тем дальше он находится.
Второй путь использует встроенную в наше восприятие модель мира. В ней мы интуитивно воспринимаем небо как находящееся на некоторой конечной дистанции от нас, а Солнце и Луну (как и звёзды) — располагающимися перед небом (относительно нас), при этом небо служит им фоном.
В отношении небесных объектов это порождает противоречие. Бинокулярное зрение не обманывает — Луна и в самом деле дальше от нас, нежели небо, причём эта разница достигает сотен раз.
 |
Однако мозг не может работать на основании столь отличающихся данных, противоречие надо исключить. Поэтому он искажает проекцию Луны, посредством преувеличения различий в картинке, поступающей от одного и другого глаза, а именно такие различия выступают мерилом дальности объекта. Степень же искажения зависит от кажущейся дистанции до небосвода. У земли, где на его фоне видны деревья и другие предметы, небо кажется ближе, что уменьшает противоречие между двумя каналами получения информации. Поэтому у горизонта искажение минимизируется, и мозг позволяет глазам увидеть объект бóльшим.
Как проверить идею? Г-да Антонидес и Кубота хотят измерить изменения кажущегося размера Луны с разными «подсказчиками» в открытом поле, долине, в горах, городском ландшафте и так далее. Кроме того, небезынтересно было бы выяснить и то, существует ли иллюзия у людей с отсутствием бинокулярного зрения. Также они намерены исследовать вопрос о точности сообщений, говорящих, что иллюзия исчезает, если мы смотрим на Луну у горизонта вверх ногами, стоя на голове.
Противники данной теории указывают на наличие иллюзии даже при наблюдении светила через темный светофильтр, когда окружающие его объекты неразличимы.
Почему Луна на горизонте кажется больше? в закладки 1
Этот вопрос являлся предметом спора несколько тысяч лет. Согласно одному популярному мифу, этим вопросом заинтересовался еще Аристотель в 4-м веке до нашей эры. И до сегодняшних дней считалось, что этот оптический эффект увеличения вызывается атмосферой Земли. Суть в том, что оптический эффект здесь действительно играет свою роль, однако работает он здесь скорее в обратном направлении.
На самом деле атмосферная рефракция (преломление в атмосфере световых лучей) заставляет Луну выглядеть меньше в вертикальной плоскости, когда она находится ближе к горизонту, и больше, когда она находится высоко в небе. Если провести расчеты, то станет очевидно, что рефракция, положение Луны на горизонте, а также факт того, что в этот момент наш естественный спутник становится примерно на 6,5 километров удаленнее от нас, фактически заставляет Луну на самом деле выглядеть на 1,5 процента меньше.
Но если не атмосферная рефракция Земли, то что заставляет Луну выглядеть на горизонте больше? Если кратко, то всему виной обычная оптическая иллюзия. Да, это действительно так. Проверить это можно очень просто, даже не имея рядом с собой высокотехнологичных инструментов. Самый высокотехнологичный инструмент, который вам понадобится — обычная линейка. Возьмите линейку и измерьте диаметр Луны, когда она будет находится на горизонте. В ту же ночь, когда Луна будет располагаться выше в небе, измерьте ее диаметр снова. Только убедитесь в том, что для получения более-менее точных результатов линейка будет находится на одинаковом расстоянии от ваших глаз в обоих случаях. Если вы сделаете все правильно, то сами убедитесь, что полученные результаты будут примерно одинаковы, даже несмотря на то, что ваш мозг будет считать, что Луна выглядит в два раза больше, когда находится на горизонте.
Что конкретно вызывает в нашем мозге эту оптическую иллюзию? По поводу этого вопроса ученые до сих пор не пришли к единому мнению, однако весьма вероятно, что это все как-то связано с размеро-согласованностью. Другими словами, наш мозг не может соотнести реальное представление размера объекта с тем, насколько по его мнению этот объект удален от нас. Например, когда вы видите человека вдалеке от вас, его голова кажется невероятно маленькой. Только ваш мозг в этот момент не думает о том, что человек и его голова на самом деле маленькие. Он скорее корректирует ваше восприятие, полагаясь на все то, что в этот момент также будет находиться в вашем поле зрения и таким образом создает восприятие глубины.
Похожий эффект восприятия происходит и в случае Луны. Только на сей раз ваш мозг ошибочно считает, что Луна, находясь на горизонте, расположена дальше от нас, и следовательно она больше. Это иллюзия Понцо, оптический эффект, получивший свое название в честь итальянского психолога Марио Понцо, который первый его и продемонстрировал.
Марио Понцо впервые продемонстрировал «иллюзию Понцо» в 1913 году (картинка выше). В рамках этого эксперимента Понцо нарисовал на листе бумаги две сходящиеся вертикальные линии. После этого Марио нарисовал две пересекающие эти линии горизонтальные линии: одну выше, другую ниже. Эти две горизонтальные линии имеют одинаковую длину. Однако наше восприятие говорит нам о том, что верхняя линия больше, чем нижняя, так как нам кажется, что верхняя линия находится дальше от нас. Все это происходит ввиду того, что наш мозг интерпретирует сходящиеся линии как перспективу, то есть как две параллельные линии, сходящиеся на расстоянии. Этот эффект усиливается благодаря уменьшающемуся расстоянию между промежуточными горизонтальными отрезками. Наш мозг начинает думать, что верхняя линия расположена дальше, а значит ее размер больше, чем он есть на самом деле.
В конце концов наш мозг аналогичным образом начинает считать, что Луна, расположенная на горизонте, на самом деле больше, чем тогда, когда она находится выше в небе. Когда Луна находится на горизонте, деревья, дома и другие детали играют роль сходящихся линий. Объекты переднего плана заставляют наш мозг думать, что Луна больше, чем она есть на самом деле. Когда Луна находится выше горизонта, то мозг не находит ничего, с чем по размеру можно было бы сравнить естественный спутник. Другими словами, мозг в этот момент думает, что чем выше Луна в небе, тем ближе она находится, и напротив, чем ближе к горизонту она находится, тем она больше и дальше от него расположена.
Почему на экваторе луна кажется больше по размеру
Гипотезы
Общепринятого объяснения, почему Луна иногда выглядит очень большой, нет. Некоторые знатоки полагают, что все дело в перспективе. Сравнивая объекты, размеры которых известны (силуэты отдаленных деревьев, зданий и т.п.) и что ближе к наблюдателю по сравнению со светящимся диском Луны, создается иллюзия. По сравнению с ними Луна и выглядит большой. Такой вот обман зрения.
Высказываются также и другие предположения: мозг человека представляет небесный купол не как правильную полусферу, а немного приплюснутую к горизонту. Раз так, то и объекты на горизонте, включая Луну, он считает удаленнее, тех что в зените. Но угловой размер Луны мозг воспринимает таким же, как и есть на самом деле (около 0,5°); тут же вводит автоматическую поправку на расстояние и получает разные образы одного и того же объекта.
Экологи говорят, что большие размеры Луны вызваны загрязнением окружающей среды. Но соотношение размеров Земли и человека (да и всего человечества с его деятельностью), равно соотношению атома и апельсина.
Иногда можно услышать предположение о влиянии каких-то атмосферных явлений на преломление солнечного света, который затем отражается от Луны и влияет на ее цвет. А может просто Земля и Луна в это время ближе друг к другу? Такие предположения ближе к действительности.
В действительности
Луну чрезвычайно большого размера наблюдать часто, не приходится. Но внимательный наблюдатель заметит, что диск большего, чем обычно размера, всегда немного краснее. Покраснение может быть вызвано только одним — влиянием того, что находится между глазом и Луной. Это естественно атмосфера. Вернее ее состояние. Чем выше ее плотность, тем больше ее свойство увеличивать. Пример тому находящиеся на дне прозрачного водоема камешки и рыбки, видимые всегда большего размера, чем есть на самом деле. Вода в 100 раз плотнее воздуха.
Плотность воздуха тоже бывает разной в зависимости от влажности и давления. Атмосфера иногда может быть чрезвычайно насыщена влагой, При масштабной перемене погодных условий, значительные массы воздуха над местом наблюдения находятся в более сдавленном состоянии, чем обычно. И чем больше толщина плотного воздуха, тем больше его свойство увеличивать и вызывать искажение света вызывая покраснение.
На экваторе скорость вращения Земли намного больше, чем на полюсах. Потому из-за центробежных сил, планета вытягивается в стороны, а вместе с ней и атмосфера. На экваторе она толще, чем в средних широтах.
Наблюдая Луну на экваторе, можно увидеть ее в фазе молодого месяца, в перевернутом «вверх рожками» виде, похожей на лодку. В древности, тихоокеанские мореплаватели верили, что это лодка бога моря, зовущая их на открытие новых земель.