问题

月壤是灰色的,可为什么月球是银白色?

回答
这个问题很有意思,很多人都会有类似的疑问。我们都知道月球表面覆盖着厚厚的月壤,看起来是灰色的,但遥望月球,它又呈现出迷人的银白色。这中间究竟是怎么回事呢?其实,这涉及到我们感知颜色的方式以及月球表面的实际情况。

一、月壤的灰色真相

首先,我们得明白月壤是什么。月壤,顾名思义,就是月球表面的土壤。它不是像地球上的泥土那样,是由有机物和水分混合形成的。月球没有大气层,没有生物活动,所以月壤更像是一种由无数细小岩石颗粒、矿物碎片和玻璃质组成的东西。

这些颗粒的来源主要是几十亿年来小行星和彗星撞击月球表面所产生的。每次撞击,都会将月球表层的岩石击碎、熔化、喷射,然后再重新冷却、凝固,形成新的月壤。经过无数次的撞击,月壤就积累得越来越厚。

那么,为什么这些月壤看起来是灰色的呢?这与构成月壤的矿物质成分有很大关系。月球表面的岩石主要由 斜长石 和 辉石 等矿物组成。

斜长石:这是月球上最主要的岩石类型之一,尤其是在高地地区。斜长石通常是浅色的,但当它们以细小的颗粒形式存在时,并且混合了其他矿物,整体呈现出的就是一种偏浅灰到中灰的色调。
辉石:这是一种深色的矿物,主要存在于月球的“海”区(那些我们看到的深色平原)。辉石中的铁含量较高,使得它们颜色偏黑或深棕。

当这两种以及其他一些矿物以细碎颗粒的形式混合在一起时,由于光线的散射和吸收,整体呈现出的就是一种灰色调。想象一下,你把很多黑色和白色的粉末混合在一起,最终得到的颜色就是不同深浅的灰色。

而且,月壤颗粒非常细小,表面积很大,能够吸收一部分光线。同时,这些细小的颗粒在阳光照射下会产生阴影,这些细微的阴影也加深了月壤的灰色观感。

二、月球的银白色之谜

那么,既然月壤是灰色的,为什么我们从地球上看月球却是银白色的呢?这背后有几个关键原因:

1. 反射率与整体亮度:这是最主要的原因。虽然月壤本身是灰色的,但它并不是完全不反光。月球表面虽然有很多暗色的物质(如辉石),但也有很多浅色的物质(如斜长石)。当太阳光照射到月球表面时,这些浅色矿物会反射大部分的光线,而深色矿物则吸收更多光线。

当我们从远处观察月球时,我们看到的是月球整体的反射光。即使月壤是灰色的,它们仍然具有一定的反射能力。相比于宇宙空间的黑暗背景,月球表面的这些灰色区域反射的太阳光已经足够明亮,足以让我们在夜晚将其视为一个明亮的“银盘”。

2. 视角和光照方向:我们在地球上看到月球,其表面的光照情况是不断变化的。当我们看到满月时,太阳光是几乎垂直地照射到月球正面,这时月球表面的大部分区域都得到了充分的照明,反射的光线也最多,所以看起来最亮,呈现出银白色。

而在新月或残月时,月球面向我们的部分光照较少,所以看起来就比较暗淡。但即使是这样,我们仍然能隐约看到月球的轮廓,这说明月球表面在任何角度下都具备一定的反射能力。

3. 我们大脑的感知和对比效应:我们的大脑在感知颜色时,往往会受到周围环境的强烈影响。在漆黑的夜空中,月球是除星星之外最显眼、最明亮的天体。与周围一片漆黑的背景相比,月球反射的即使是灰色光,也会被我们的大脑感知为明亮、耀眼的银白色。这种对比效应极大地增强了月球的“白色”观感。

想象一下,如果你手里拿着一块灰色的布,在完全黑暗的房间里,你几乎看不到它。但如果把这块布放到阳光下,它就会呈现出淡淡的灰色,并且相对周围环境会显得很明亮。

4. 月球的“反照率”:天文学上有一个概念叫做“反照率”,指的是一个天体反射太阳光的能力。月球的平均反照率大约在0.12左右,这意味着它能反射掉照射到它表面的大约12%的太阳光。虽然这个比例不算特别高(比如地球的反照率大约是0.3),但对于一个没有大气层、自身不发光的星球来说,12%的反射率已经足够让它在夜空中显得非常明亮了。

而且,月球表面的反照率并非完全均匀。科学家们通过探测器测量发现,月海区域(我们看到的深色部分)的反照率比月球高地(我们看到的浅色部分)要低一些,这说明月海的岩石成分确实颜色更深。但是,即使是月海区域,其反照率也足以使其在整体观感上不至于显得特别暗淡。

总结一下:月壤的灰色是其矿物成分在微观尺度下的真实颜色。而我们从地球上看到的月球之所以是银白色,是因为:

整体反射:月球表面存在大量浅色物质,能够反射相当一部分太阳光。
明亮背景:在漆黑的夜空中,月球反射的任何光线都会被感知为明亮。
视觉感知:我们的大脑在对比效应下,将相对明亮的灰色感知为银白色。

所以,月壤的灰色是它“真实的面容”,而月球的银白色则是我们在地球上仰望它时,它以一种迷人的姿态向我们展示的“光彩”。这就像一块灰色的钻石,虽然本身颜色不鲜艳,但在光线下却能折射出璀璨的光芒。

网友意见

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因为世界上并没有“灰色”这个颜色。

一张照片就能解答你的疑惑了。

@泠枫皛月 的回答中提到了“亮度错觉”,但题主认为“可照片里也是银白色的啊”。确实,你看到的照片里,月亮都是很亮的。那是因为你没有见过下面这张照片:

这张照片是真实的照片。由2015年发射的深空气候观测卫星DSCOVR在L1点拍摄的。(虽然它主要任务是搞气象监测的,但却因为自带地球多色成像相机(EPIC)给地球拍照而出了名。)[1]

在这张照片里,你会发现,原来月亮这么暗啊(L1点代表着看到的这一面几乎全面向太阳)。

嗯,如果请一千个人来看照片,我猜大部分人会认为下图左边的是真实的。其实并不是。

我们知道,行星或卫星的肉眼感知亮度取决于三点:(1)天体的反照率(2)照射到天体上的阳光总量(3)天体与我们眼睛或相机之间的距离。

从下表可以看到,月球的反照率只有0.113~0.163[2],而地球的反照率为0.3~0.367左右[3][4],单从数字上来看就知道,地球比月球要亮得多。不仅如此,月球还是我们太阳系最暗的大型天体之一。如果把月球换成海王星那个满覆冰层的卫星海卫一,那它在夜空中会比月球亮7倍。

天体 反照率
海卫一 85%
金星 75%
冥王星 50%
木星 34%
土星 34%
地球 31%
海王星 31%
天王星 29%
火星 25%
伟大的泰坦 20%
水星 12%
月球 12%

可能题主还是不明白:可为什么我们平时肉眼看到的、相机拍到的月亮,都那么亮呢?如果说是眼睛有错觉,那相机拍出来的总能相信吧?

那我们就看看相机里,月亮是有多亮。

在上面这张彩色照片里,月表相当的灰暗。

再来一张,咦,这张怎么亮了一点?会不会是好莱坞片场的灯光师换人了?(并不是)

再来一张,著名的大脚印,为什么更亮了?

最后再来一张,要亮xia了:

不是说好是银白色的么,怎么月亮还像太阳一样发光了呢?如果你用手机拍过望远镜里的月亮,很有可能得到的上图右边那样的照片(某些品牌手机搞月球贴图的不算)。

这是因为,摄影里有一个词,叫“过曝”(反过来,学过摄影的同学可以试着把“阳光16法则”用在拍摄月球试一试,拍到很暗的月球的你会秒懂的)。人眼也是如此。

其实,灰色是一个很主观的颜色,或者说是一种和黑或白对比出来的颜色。当你在一个暗屋子里时,你是无法分辨一张纸是灰色还是白色。(粗暴的说,就像RGB定义一样,灰色就是RGB三个值一样的色就是灰色,白色只是灰色的特例)

这意味着,人眼会将所谓的“亮度”视为一个相对于环境的变量,根据环境的不同,相同数量的光线看起来会暗淡或耀眼(就是开头说的亮度错觉)。打个比方,你开车的时候,在晚上和白天看过同样亮度的汽车大灯么?晚上当你瞳孔变大以适应黑暗时,你是不是觉得大灯格外刺眼?但在白天却觉得“也就那样”了?

我们的眼睛一直在根据环境调整着我们对灰色或白色的感知。当你在黑夜背景下看到月亮时,我们的大脑会告诉你说“那是银白色的”,因为它比夜空中的任何东西(甚至是白天的云彩)都更明亮。但如果你在月球上放一块白色的大床单,它就会亮得多白得多。

或者你在白天和晚上点同一根蜡烛。你的理性大脑知道,蜡烛的“亮度”并没有变化,但你的感性的“眼睛”却会欺骗你说,晚上的蜡烛明显更亮呀。。这也适用于月亮(也适用于昏暗酒吧里的容貌,划掉),因为它大多被黑暗的背景包围。

所以并不是月球变亮了,而是你缺少更亮的物体与之做对比。

没有对比,就没有伤害。

BTW,还有一点原因就是,太阳实在是太亮了,即使是照在反照度如此之低的月亮尘土上,也有足够多的光反射出来。想想一下用最强的闪光灯去照沥青,沥青也会很刺眼的。这也是为什么有时能在白天看到月亮的原因。

或者说,月亮是夜空中唯一大量反射太阳光的物体(行星们看上去太小了)

一更

有人曾问我,月球到底是什么颜色的?

如果严格的说,月亮是反射一点点的太阳光,所以它理论上从太空看它更接近于暖灰色,或者带一点红颜色。之所以月球在肉眼看来是银白色的,那只不过是因为智人的视网膜在晚上对色彩没有那么敏感(暗处主要靠柱状细胞,而不是锥状细胞)。


上面这张照片,就是月球侦察轨道器的可见光相机拍摄出的月球更真实的颜色。

谢谢你能阅读到最后。希望你能更加喜欢太空。


参考

  1. ^ 如果仔细看,月球的亮度与撒哈拉地区大致相同
  2. ^ https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20140017658/downloads/20140017658.pdf
  3. ^ https://earthobservatory.nasa.gov/images/5484/earths-albedo-in-decline
  4. ^ https://www.universetoday.com/25819/albedo-of-the-earth/#:~:text=The%20albedo%20of%20the%20Earth%20is%200.367.%20That’s,that%20an%20object%20in%20the%20Solar%20System%20reflects
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你怕是对光和色有什么数学误解

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