Почему луна у горизонта больше чем в зените

# 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.

Источник

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.

Источник

Теория Луны, или почему наш спутник у горизонта гораздо больше, чем над головой

Ежемесячно мы можем видеть наш спутник Луну на небе «полнолицей». Иногда светило оказывается прямо над головой, а порою будто лежит на линии горизонта. И нам кажется, что во втором случае она бывает гораздо большего размера.

Ясно, что Луна не может быть то меньше, то больше в физическом смысле, но почему тогда создается такая оптическая иллюзия? О ней говорят многие ученые, а не только простые любители понаблюдать за ночным небом. К слову, такой же эффект мы наблюдаем, когда смотрим на восходящее или заходящее Солнце, а также на перемещающиеся по небосклону созвездия.

Теория кажущейся удалённости объясняет, почему Луна у горизонта больше, чем высоко в небе

Разницу в размерах Луны в зависимости от ее положения на небе заметили не мы, а еще наши далекие предки. Древнегреческий астроном и философ- стоик Клеомед за 200 лет до нашей эры упоминал в своих трудах о том, что Луна у горизонта кажется гораздо больше. Он объяснил, что наш мозг «видит» небо как купол, а не плоскость, потому для глаз все объекты вдали кажутся большими.

Луна возле линии горизонта обладает таким же видимым угловым диаметром, как и высоко в небе. Однако мозг отличает ее от объектов, располагающихся на земле, и компенсирует искажения перспективы.

Многие столетия ученые не могли дать точного объяснения этому феномену, и лишь в 1962 году стало ясно, что главную роль в восприятии размеров светила имеют наглядные ориентиры. То есть мы подсознательно сравниваем размер всего, что лежит перед нами на плоскости земли, с тем, что видим в конце перспективы. Так как мы знаем, что Луна находится условно у горизонта, мозг считает, что объект удален больше других. Но как только другие объект исчезают из поля зрения, Луна уже не так впечатляет своими размерами.

Противники этой теории доказали, что иллюзия размера Луны может и не зависеть от других объектов. Наблюдая за ней в темный светофильтр, ученые заметили, что светило вновь казалось большим у горизонта, притом что никаких земных объектов видно не было.

Теория о роли конвергенции глаз

В разные годы появлялись и другие теории, например, следующая. Так, размер Луны может зависеть от степени конвергенции глаз смотрящего. Когда человек поднял глаза на линию горизонта, усилились импульсы к конвергенции глаз, потому и появилась иллюзия.

А когда мы смотрим вверх, на небо, то глаза автоматически дивергируют. То есть нам может казаться, что Луна такая большая у горизонта, и такая маленькая высоко в небе по причине конвергенции глаз.

Но нашлись ученые, которые отвергли и эту теорию. В доказательство ее несостоятельности они привели простой пример. Когда Луна постепенно «набирает высоту», ее размеры начинают стремительно сокращаться, при этом человек еще не меняет положение головы и так же смотрит вперед.

Теория относительного размера

И все же ученые склонны считать, что все в этом мире относительно, кажущиеся размеры Луны в том числе. Мы обязательно сравниваем все, что видим. Луна у горизонта воспринимается не обособленно, ведь глаз также видит и постройки, деревья, горы. Именно на их фоне кажется, что ночное светило больше. А вот высоко в небе оно уже не так удивляет своими размерами, несмотря на то, что оно все равно гораздо больше для земного наблюдателя, чем любые планеты и звезды.

Эту проблему описали не только астрономы, но и психолог Герман Эббингауз. Он показал иллюзию с помощью обычных разноцветных кругов, нарисованных на листе. Слева располагался оранжевый круг в центре больших синих кругов, а справа — такой же оранжевый в окружении маленьких. Человеческий мозг воспринимает как объект большего размера тот, который справа. Это происходит потому, что мы невольно сравниваем его с фигурами, которые находятся в непосредственной близости. Но на самом деле оба оранжевых круга одного размера.

Этот же эффект происходит при наблюдении за Луной. На фоне земных объектов она всегда будет казаться больше, впрочем, это очень радует романтиков и мечтателей, ведь большая Луна — захватывающее зрелище.

Источник

«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.

Источник

Почему Луна кажется больше у горизонта?

Когда настаёт полнолуние, создается оптическая иллюзия, которая сбивает с толку наблюдателей со времен Аристотеля. Восходящие Луны, особенно полные, выглядят до странности огромными рядом с горизонтом и кажутся все меньше и меньше, когда поднимаются на ночном небе.

Лунная иллюзия существует исключительно в вашей голове. Луна не меняет размер, и, хотя расстояние от нее до Земли немного меняется со временем, это происходит слишком медленно, чтобы за одну ночь произошла значительная трансформация.

Если вы хотите доказательство того, что лунная иллюзия — абсолютно психологический феномен, просто замерьте Луну у горизонта и высоко в небе с помощью линейки. «Нижняя» Луна будет казаться значительно больше, но линейка покажет, что ее диаметр не изменился.

Камеры также помогают вывести Луну на чистую воду. Сделайте последовательно несколько фотографий Луны с одной и той же точки, а затем совместите их — будет очевидно, что размер спутника не изменился.

Итак, что же происходит? Когда мы смотрим на Луну, лучи отраженного солнечного света формируют на сетчатке глаза изображение диаметром 0,15 мм. «Высокие и низкие Луны создают пятно одного размера, — говорит ученый НАСА Тони Филипс. — И все же мозг настаивает на том, что одна из них больше другой».

Одним из объяснений «самообмана» мозга может служить иллюзия Понцо. На анимированном изображении внизу верхняя желтая полоска кажется шире нижней, потому что она «намного дальше» (то есть ближе к горизонту) на железнодорожных путях. Наш мозг добавляет ширины, компенсируя ожидаемое искажение. Как и в случае с высокой и низкой Лунами, обе полоски одинаковой длины, как явно показывают вертикальные красные линии.

Еще одна иллюзия, которая, возможно, объясняет изменение размеров Луны, — иллюзия Эббингауза. Она заключается в сложности восприятия мозгом относительных размеров предметов. На изображении внизу оранжевые круги — одного размера, хотя правый кажется больше. У горизонта Луну окружают относительно маленькие здания и деревья, поэтому она может казаться больше, чем на небе, где предметов для сравнения нет.

Источник