太阳和月亮的照片异常是什么?

Question

下面是我儿子在苏格兰拍摄的太阳和月亮同时出现的照片。我立刻注意到这个异常现象，那就是照在月亮上的光不可能来自太阳。我把照片发给了4个大学天文系，只有一个系回复了我，那就是我住的地方附近的剑桥大学。部门图书管理员(不是天文学家)对此作出了回应，他说他以前从未听说过这种情况。他给了我两个可能的解决方案，一个是来自工程师(不是天文学家)，他混淆了透视和光线追踪，另一个是参考爱因斯坦的引力弯曲光的理论。我研究了爱因斯坦的理论，结果发现这种效应非常小，几乎无法测量。

我已经看了各种“复杂”的解释对我来说是一个非常简单的模型。有什么必要引进“曲面平面”和“星空穹顶”这些在现实中并不存在的东西?它之所以被称为“幻觉”，是因为观察不符合传统的模型，因此有复杂的解释试图使它起作用。不管有没有照片，这种异常现象都是存在的。既然每个人都相信月亮是被太阳照亮的，那么简单的正常物理学似乎就行不通了。要么是物理学是错误的，要么是太阳没有照亮月球。我知道这是一个沉重的声明!

因此，我再次声明:

1. 太阳和月亮是悬浮在三维空间中的两个物体(就像火炬和足球一样)，大小无关紧要。
2. 月亮/足球被太阳/火炬照亮，可以在它们之间画一条垂线或光线。
3. 无论你选择在空间的哪个位置观察它们，都可以在它们之间画出一条垂线或一条光线。

这幅图解释了我的疑虑:

我很惊讶，你们中的一些人以前从未注意过，因此建议我发布一个视频。这是一种很常见的现象，我在每天早上8点左右散步的时候看到过很多很多次。我从来没有想过要把我的观察记录下来。

Answer 1

这种明显的异常现象，被称为“月球终结者”或“月球倾斜错觉”，确实是一个角度问题。简单的解释可以在这里找到:http://chrisjones.id.au/MoonIllusion/

其实质是:“当月亮和太阳相隔一个大角度时，就会产生错觉，这样就可以相对于地平线感知它们，就像在全景中一样。”全景照片是一个圆柱形投影。在这个投影中，大多数直线投影为正弦曲线。月日线是弯曲的，除非月亮和太阳在地平线上或彼此正上方。”

PDF中有一个很长的技术解释月亮倾斜错觉．引用21页的话:

现代相机使用的镜头，其特性被设计成提供直线或曲线图像。直线透镜可以减少图像的桶形或针垫形失真，但这种透镜很难制造到广角(90°及以上)，以便在一张照片上同时记录太阳和月亮。一张月亮和太阳方位差为80°的照片[3]，其中有一座斜塔和不自然倾斜的树木，说明了在广角照片中消除失真的难度

引用[3]是to不同的月亮错觉在Jerry Lodriguss天体摄影网站上抓住光他展示并解释了完全相同的情况(照片是从那里拍摄的):

Answer 2

我妻子拿着一个地球仪，可以看到月亮。我在位模式下仔细处理，找到了地球仪上的光曲线，并画出了垂直线。我们可以清楚地看到，月光面正对着太阳，方向与我的地球仪相同。

这种错觉是由于太阳离得太远，所以图中所示的角度差异是不明显的。想象有两个平面，其中都包含太阳和月亮，水平平面就是当月亮和太阳都在地平线上时，观察者看到月亮的样子。倾斜的平面是观测者通常看到月亮高挂在天空中的方式，即使日落时太阳在地平线上。两架飞机上的观测者会看到相同的半月形，尽管天空中的相对高度相差很大。这种结构可能只适用于四分之一的月亮照亮。

Answer 3

你也可以在你发布的图片中看到这种效果在铁路轨道上方的电力线上，它看起来不直，即使它可能是在现实中!太阳和月亮之间的直线正好是偶数更多的弯曲。就像你在http://chrisjones.id.au/MoonIllusion/，就像已经发布的最上面的答案一样。如果你接受这张图片上电力线的弯曲只是相机带来的光学错觉/扭曲，那么日月照明也是如此!

图中的错误在于您假设了矩形和线性(0、1或2点透视)视角。如你所见在VSauce视频中从单眼(或照相机)的角度看，我们周围的直线实际上变成了曲线。在你看完VSauce视频后，你可以检查一下这对你也适用:如果你转动你的头，你会注意到当你从一边移动到另一边时，你的墙壁和天花板相遇的地方会弯曲。直线，当从下面从左到右看时，不再是直线!5点曲线透视法能更好地捕捉到直线在我们面前的样子。

顺便说一下，请注意，即使像你坚持的那样，从“火炬”的角度来看，没有任何光学错觉，我们也可以看到月亮“向上”照耀。考虑下面的概览图:月亮(左边的物体)被太阳(右边的物体)以你所期望的方式照亮。然而，现在，考虑你是一个观察者(在两条红线相交的地方)，特别是，你站着下面太阳和月亮。如你所知，如果你站在物体下面，你无法看到物体上面的东西——同样，你可以看到物体下面的更多东西。这就是观察者视图中虚线所画的:它们在月球底部的暗面上切线地撞击月球，而不能观察到月球的顶部。因为我们在物体下面。

因此，如果你把自己放在观察者的位置上，物体看起来就好像它们都从视界旋转了，因为我们可以看到这两个物体的底部!

如果你把这两种效果放在一起(一种是从左到右平移到我们上方线条的奇怪效果;我们最终得到了下面的效果，在最初的几帧中，当我们看向左边时，“月亮”似乎是面向右边的，但一旦我们缩小，你可以看到太阳实际上与月亮在同一水平线上!

当我添加一条线连接两个物体时，这种效果几乎完全消失了:

现在，这种效果看起来甚至不存在了，因为我们的大脑能够以某种方式理解视角。请注意，在每一张图片中，线条都是直的(所以，广角镜头或鱼眼镜头没有欺骗)，但当我们从左到右旋转时，它们似乎“改变了方向”，从指向东北到西北再向后。

Answer 4

在观测天空时，为了方便起见，我们使用球坐标。我们在方位和高度上转动头部和身体来比较物体的位置。在这方面，天空看起来像一个球体。(至少我把它想象成一个球体。)笛卡尔的XY(或XYZ)网格不容易使用。

那么问题就变成了:光束在球坐标下的路径是什么?意识到光从A点到B点的距离最短，另一种表达问题的方式是天空中两点之间最短的距离是多少?这个问题的答案是一个大圆．

正如布鲁佐特2021年10月25日的回答所表明的那样，问题是很难在天空中想象一个大圆，而大圆所创造的路径对大多数人(包括我)来说不是直观的。幸运的是，你可以很容易地观察到一个特定的大圆存在的地方，同时解决“月亮光照异常”:走出去观察月亮!月球在一个平面上绕地球运行，轨道平面与天空的交点是一个大圆。

例如，在新月后的几天开始观察月亮的位置。12月5日到2022年13日是一个很好的机会。在日落前或日落时进行第一次观察，并在随后的每一天提前4分钟进行观察。(4分钟的差别补偿了地球围绕太阳的运动。除非你绘制的月球在天空中的位置精确到几分之一，否则你的计时就不需要这么精确。)如果你绘制月球的位置，它将看起来像下面的图天空和望远镜的互动天图）

注意:

1. 大圆的“直线”是一条穿过天空的曲线。它“感觉”不直。(图中的黑线是黄道，这是一个大圆，由太阳的视路径1年。月球的轨道与黄道倾斜约6度——足够接近作为参考。)
2. 被照亮的月球表面指向前一天的月球位置。
3. 当连接在一起时，被照亮的方向形成一条“线”(技术上是一个大圆)，连接到太阳。也就是说，被照亮的方向在月球轨道的平面上，始终面向太阳。(月食发生时，月亮的大圆与太阳相交。在其他时候，大圆可能会经过太阳上方或下方6度。)

2016年5月16日，全天空图如下:

当在水平投影中显示时，图像看起来如下所示。月球上的光照似乎来自右上方，因为这是到太阳的最短方向!

所有图像都是近似值，就像原始照片一样，由于从3D到2D的投影。最后一张图片是由几张图片拼接而成，这带来了更多的扭曲。

Answer 5

下面是你要做的。看月亮。看看被阳光照射的月球表面指向哪个方向，不是在照片上，而是在现实生活中看到的月球。使用你自己的感知，在空间中沿着被点亮的一侧“指向”的方向逐渐地画出一条线。一直追踪这条线，直到你的线碰到一个足以照亮月亮的物体，或者直到这条线延伸到地平线以上。这个过程最终会把你带到天空的太阳或太阳在地平线上的方向。每一个。单身。时间。

如果你发现不是这样，那么你的三维方向感就不足这就需要某种技巧治疗或者接受现实世界中你无法准确地想象三维线条描摹的事实。

Answer 6

编辑:我做了两个简化，仍然显示“异常”。

1. 考虑二维的情况。
2. 阳光(蓝色线)几乎是平行的，因为太阳是如此遥远。

日落时，观测者可以看到月球底部未被照亮的部分，因此从上面看它似乎是被照亮的。

Answer 7

我同意这个问题非常违反直觉!然而，答案很简单:地平线是弯曲的(它实际上是一个在我们前面和后面经过的圆)。

虽然它是弯曲的，但我们通常认为它是直的，除非我们特别寻找曲率。我们大脑中的这种“修正”使角度看起来是错误的。你可以看到地球曲率的任何地方，有一个大角度的开放水域(大于90度是最好的)达到地平线。如果你站在月球上，月球表面是光滑的，而不是多山的，曲率就会更明显。

由于地平线的凸出性质，月球被照亮的一面所面对的视方向总是高于太阳的视位置。太阳和月亮之间的角距离越大，这种效应就越大。

另一个以同样方式解释的光学错觉是，由于月亮至少有一半被太阳照亮，所以在你的照片中，表观角度使太阳看起来和月亮一样近，或者比月亮更近。