[科普中國]-沖日浪

沖日浪（opposition surge，有時(shí)稱為沖日效應(yīng)、沖日尖峰或西利格效應(yīng)）是當(dāng)照明直接來自觀測(cè)者的后方，而在粗糙的表面，或有許多顆粒物體產(chǎn)生的亮光。這個(gè)名詞廣泛的應(yīng)用在天文學(xué)，一般是指天體，如行星、月球或彗星，在觀測(cè)時(shí)的相位角接近零時(shí)，亮度突然明顯增加的現(xiàn)象。它會(huì)如此命名是因?yàn)樵跊_時(shí)月球和火星反射的光，比簡(jiǎn)單的朗伯反射率所預(yù)測(cè)的亮度出現(xiàn)顯著的增加。對(duì)這種觀測(cè)的現(xiàn)象提出了兩種物理機(jī)制：陰影的隱匿性和相干的反向散射。

概論相位角的定義是觀測(cè)者觀察的天體和光源之間的角度。在太陽系中，光源是太陽，觀測(cè)者是坐落在地球上。在相位角為0時(shí)，太陽是在觀測(cè)者的后方，而被觀測(cè)的天體在前方，因此向著地球的這一面完全被照亮著。

天體的亮度與相位角的關(guān)系，當(dāng)與太陽的相位角迅速地降低，而天體的亮度會(huì)急遽的增加。這主要的原因是受光的面積增加，但也有一部分是因?yàn)殛柟庹丈洳糠值膬?nèi)在亮度，影響這個(gè)因素的是來自被觀測(cè)天體反射陽光的角度。因此，可見的被照亮區(qū)域確實(shí)只有兩倍大，但滿月光度超過上弦月或下弦月的兩倍。1

物理機(jī)制隱藏的陰影當(dāng)反射角接近光線擊中物體表面的角度時(shí)（從觀測(cè)者的角度看，即當(dāng)太陽和物體接近沖的位置），通常這個(gè)物體的內(nèi)在亮度是接近其最大值 。在相位角是0度時(shí)，物體被充分的照明，所有的陰影都會(huì)消失。而當(dāng)相位角趨近于0時(shí)，表觀亮度還會(huì)突然增加，這突然增加的亮度就稱為沖日浪。

這種效應(yīng)在太陽系天體沒有大氣的風(fēng)化層表面上特別明顯，主要原因是被照明的表面充滿了小孔和坑洞，當(dāng)觀察者與光源幾乎在同一條線上時(shí)，在其它入射角時(shí)的陰影處會(huì)被照亮。這種效應(yīng)只有在相位角接近0的很小的范圍內(nèi)才看得見。當(dāng)對(duì)物體的反射性質(zhì)已進(jìn)行過定量研究，詳細(xì)的沖日效應(yīng) －其強(qiáng)度和角度－ 可以由兩個(gè)哈普克參數(shù)描述。在行星環(huán)（例如土星環(huán)），沖日浪是肇因于環(huán)上粒子的陰影覆蓋。這是雨果·馮·澤利格在1887年率先提出的解釋。

相干反向散射主條目：相干反向散射

沖日浪亮度增加的另一個(gè)理論是相干散射。在相干散射，如果散射體表面的尺度相當(dāng)于光的波長(zhǎng)，而散射粒子間的距離大于一個(gè)波長(zhǎng)，反射光會(huì)在很窄的角度被增強(qiáng)。亮度的增加是因?yàn)樗l(fā)出的反射光連貫的結(jié)合。

相干散射的現(xiàn)象也已經(jīng)用雷達(dá)觀測(cè)到。特別是，最近卡西尼－惠更斯號(hào)使用2.2公分的雷達(dá)觀測(cè)泰坦顯示，需要相干散射效應(yīng)來解釋雷達(dá)波長(zhǎng)的高反照率。2

在太陽系湯姆·格雷爾斯在1956年研究來自一顆小行星的反射光時(shí)就描述了沖日浪的存在。格雷爾斯后來的研究顯示月球的亮度也有相同的效果。他創(chuàng)造了沖日效應(yīng)（"opposition effect"）這個(gè)名詞描述此一現(xiàn)象，但更直觀的沖日浪（"opposition surge"）現(xiàn)在被更廣泛的使用。

自格雷爾斯的研究開始，就注意到?jīng)_日浪只出現(xiàn)在沒有大氣層的太陽系天體，對(duì)有大氣層的天體則沒有這種亮度激增的報(bào)告。

在月球，B. J. Buratti等人建議在相位角4°和0°之間，亮度增加了40%。這種增加大部分來自表面粗糙的月球高地，而非對(duì)平滑的月海。對(duì)于這種現(xiàn)象的主要機(jī)制，測(cè)量顯示與波長(zhǎng)的依賴性很小：涌浪的3-4%在0.41μm，然后是1.00 μm。此一結(jié)果顯示沖日浪的主要原因是陰影隱藏而不是相干散射。3

相關(guān)條目反照率

雙向反射分布函數(shù)

幾何反照率

寶光：一種光學(xué)現(xiàn)象，會(huì)在觀測(cè)者頭部陰影造成環(huán)繞的亮點(diǎn)。

布羅肯奇景：背向光源的觀測(cè)者看見投影在表面或云層上的影子變得巨大和被放大的錯(cuò)覺。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

劉軍 - 副研究員 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所