Diamond Ring Effect

Posebna in splošna teorija relativnosti
Odgovori
Rozman
Prispevkov: 1519
Pridružen: 6.10.2005 14:50
Kraj: Tržič
Kontakt:

Diamond Ring Effect

Odgovor Napisal/-a Rozman »

Zanima me fizikalno ozadje svetlobnega pojava, ki ga lahko opazujemo ob popolnem Sončevem mrku. Pojavi se za krajši čas, tik preden Luna prekrije Sonce oziroma tik preden ga odkrije. Glej http://www.youtube.com/watch?v=1zvp9A2iIHE Pojavi se izrazit svetlobni 'oblak'.

V mojem vprašanju je zanimiva svetloba na mestu, kjer Luna prekriva Sonce. Vidi se, kot da bi svetlobni žarki potovali skozi Luno. To pa je lahko le posledica krivljenja svetlobnih žarkov na poti od Sonca proti Zemlji.

Zanima me, kako se krivijo svetlobni žarki, ko potujejo mimo Lune na poti proti Zemlji (po kakšni krivulji) ter na osnovi katerih fizikalnih zakonitosti se krivijo?

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: Diamond Ring Effect

Odgovor Napisal/-a Aniviller »

To sta predvsem dva efekta:
1) sipanje v atmosferi: isto kot "halo" okrog vsake cestne luči, v megli še bolj izrazito kot sicer
2) optika kamere - svetloba, ki "prekuri" sliko - več velikostnih redov močnejša kot ostali del slike - naredi večjo packo kot je realna velikost objekta (razleze se). Tudi za popolnoma idealne leče in senzorje, do tega neizbežno pride zaradi uklona na odprtini objektiva. Tukaj je torej zelo važna numerična apertura. Večji je premer, manjši je uklon.
Oblika razmazanosti je matematično dobro znana funkcija.
http://en.wikipedia.org/wiki/Airy_disk
Tega izvora so tudi "zvezdice" okrog svetlih luči v sceni. Posebej pri zvezdah recimo. Oblika "packe" na sliki, ki jo pusti točkasto svetilo, je fourierova transformacija oblike odprtine. Če je v odprtini kakšna ovira (recimo podporni stebrički teleskopa), vsak stebriček naredi špice na sliki (pravokotno na stebriček). Beri http://en.wikipedia.org/wiki/Diffraction_spike

Dodatni efekti so lahko tudi zaradi sipanja in večkratnih odbojev v lečah (to stalno vidiš, marsikdaj, posebej v novih Star Trek filmih, je to uporabljeno kot zaželjen efekt):
http://en.wikipedia.org/wiki/Lens_flare
In nenazadnje lahko pride tudi do "puščanja" signala v senzorju zaradi premočne osvetlitve. Na digitalnih senzorjih pride do puščanja naboja iz prenasičenih pikslov, na navadnem filmu je pa tudi lahko prišlo do podobno "prekurjenih" delov slike zaradi drugih efektov.

Da povzamem - gre le za območje močne osvetlitve v sicer zelo temni sliki, in če hočeš temni del sploh videt, od svetlega dela ne pobereš samo osnovne svetlobe ampak tudi vse optične efekte v atmosferi in fotografski opremi.

Rozman
Prispevkov: 1519
Pridružen: 6.10.2005 14:50
Kraj: Tržič
Kontakt:

Re: Diamond Ring Effect

Odgovor Napisal/-a Rozman »

Aniviller hvala, imam pa še nekaj podvprašanj.
Tukaj je torej zelo važna numerična apertura. Večji je premer, manjši je uklon.
Ne glede na to, kako se svetloba ob Luni odkloni, to še vedno vidimo, kot da svetloba prihaja mimo Lune. To da svetloba prihaja 'iz Lune' je možno le, če svetloba spreminja smer tudi na poti od Lune do Zemlje. Sam odklon svetlobe ob Luni je torej irelevanten.
optika kamere - svetloba, ki "prekuri" sliko
Kadar merimo sončeve izbruhe, to napravimo tako, da pred Sonce postavimo zaslon, zelo podobno, kot je Sončev mrk. V tem primeru ne zaznavamo Diamond Ring Effecta, kar kaže na to, da leče oziroma optika niso vzrok tega pojava. Tudi leče torej lahko izločimo kot razlog za Diamond Ring Effect.
sipanje v atmosferi
Raztros svetlobe v ozračju naj bi enako vplival na svetlobo iz Sonca, kot iz zvezd. Koti razsipa svetlobe v primeru Diamond Ring Effecta so zelo veliki. Če bi pri opazovanju zvezd prihajalo do takih razsipov svetlobe v ozračju bi bile zvezde popolnoma neprepoznavne. Tudi razsip svetlobe v ozračju torej ne morem privzeti kot razlog Diamond Ring Effecta.

Aniviller, kje narobe razmišljam?

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: Diamond Ring Effect

Odgovor Napisal/-a Aniviller »

Nekaj napak pa res vidim.

Kot prvo, če pred sonce postaviš zaslon, je ta precej večji od sonca, ne enake velikosti, tako kot je luna, tako da direktno svetlobo s sonca zanesljivo zastreš (to je tudi glavna funkcija tega zaslona). Pri luni diamante vidiš, ker luna ni gladka, in skozi določene doline na luni sonce posveti preden se odkrije večinski del. Tisti del je tako grozno svetlejši, da vidiš vse artefakte. V bistvu te zaslepi, podobno, kot ko ti ponoči nekdo z dolgimi lučmi pripelje nasproti - če bi videl samo njegove luči, ne bi bilo problema, težava je v tem, da ti celo vidno polje zastre s svojo svetlobo.

Res je, da optični efekti (uklon na kameri, pa tudi sipanje, če gre vsa svetloba skozi enako debelo plast ozračja) povzročijo enak efekt za vse svetlobne vire - celotna slika je razmazana na isti način (recimo tisti Airyjev disk). Tisti "halo" razmazanosti in dodatni uklonski obroči so dovolj šibki, da na običajnem kontrastu slike tega ne vidiš. Če je pa ena lokacija na sliki 1000-krat svetlejša kot vse ostale, pa tudi tisti del haloja, ki ima recimo 1% svetlosti svetlobnega vira, še vedno 10x prevpije vse ostalo. "kot" razsipa, kot mu praviš, je samo kot, do katerega je vpliv še vedno svetlejši od ozadja, in to je pa jasno odvisno od jakosti svetlobnega vira.

Rozman
Prispevkov: 1519
Pridružen: 6.10.2005 14:50
Kraj: Tržič
Kontakt:

Re: Diamond Ring Effect

Odgovor Napisal/-a Rozman »

če pred sonce postaviš zaslon, je ta precej večji od sonca
Če se postaviš za cerkveni zvonik in opazuješ Sonce tako, da je odkrit le minimalni delček sončeve korone, ne opaziš Diamond Ring Effecta.
V bistvu te zaslepi,
Če vzameš ustrezne filtre, ki zmanjšajo svetlost, te ta svetloba ne zaslepi. Kljub temu pri svetlobi, ki prihaja ob Luni opazimo Diamond Ring Effect pri isti svetlobi ob zvoniku pa ne.
razmazanosti in dodatni uklonski obroči so dovolj šibki, da na običajnem kontrastu slike tega ne vidiš
Svetlost Diamond Ring Effecta je res precej manjša od svetlosti sončeve korone. Vendar je svetlost presenetljivo močna. V nasprotju s tem pa Diamond Ring Effecta ne opazimo, če se na primer Luna (ali kakšen umetni satelit) delno prekrije kakšno zelo svetlo zvezdo (namesto Sonca). Očitno morata biti za Diamond Ring Effect izpolnjena dva pogoja:
- Zaslon svetlobe (Luna) mora biti dovolj daleč od opazovalca.
- Lastnostih svetlobe iz sončevega površja (ali druge zvezde) so drugačne od lastnosti svetlobe iz sončeve korone. Sončeva korona ustvarja Diamond Ring Effect, svetloba iz sončevega površja (zvezde) pa ne.

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: Diamond Ring Effect

Odgovor Napisal/-a Aniviller »

Če se postaviš za cerkveni zvonik in opazuješ Sonce tako, da je odkrit le minimalni delček sončeve korone, ne opaziš Diamond Ring Effecta.
Saj se ti zablešči halo okrog, še posebej, če bi res sonce posvetilo skozi ozko špranjo, ampak kadar ni mrk, je sipanja v atmosferi toliko, da je že nebo v okolici sonca močno presvetlo, in že ko je sonce v celoti zakrito praktično ne moreš gledat. Pri mrku je pa samo nebo temnejše in ja dosti večja razlika, ko končno posveti delček sonca skozi. Bolj kot zvonik bi bil dober primer, da greš kar v kakšno razpadajočo stavbo, v kateri je temno, med zidaki pa je kje že tako odkrušeno, da se rahlo skozi vidi, in naciljaš na sonce.
Svetlost Diamond Ring Effecta je res precej manjša od svetlosti sončeve korone. Vendar je svetlost presenetljivo močna. V nasprotju s tem pa Diamond Ring Effecta ne opazimo, če se na primer Luna (ali kakšen umetni satelit) delno prekrije kakšno zelo svetlo zvezdo (namesto Sonca). Očitno morata biti za Diamond Ring Effect izpolnjena dva pogoja:
Seveda, sončeva ploščica (direktna svetloba iz sonca) je neprimerno svetlejša od korone, in še toliko huje svetlejša od zvezd. Ne vem če dojemaš grozne razlike, ki se tukaj pojavljajo. Recimo svetlost sončeve ploščice je okrog 7 MW/(m^2 sr), svetlost polne lune je okrog 400000-krat manj, in po kratkem pregledu interneta izgleda, da je svetlost korone primerljiva, mogoče 10x svetlejša od polne lune. Torej imaš oko (ali kamero) prilagojeno na opazovanje korone, nakar ti posveti 100000-krat svetlejši košček, zato ne vidiš samo pikice skozi katero posveti, ampak je tudi tisti droben procent svetlobe, ki se siplje v atmosferi (plus uklon na optiki ali v očesu) še vedno dosti močnejši od korone, da vidiš žarenje okrog. Kadar mrka ni, ti pa celo sonce daje ta efekt - saj razen ob vzhodu in zahodu, ko atmosfera absorbira večji del, ne vidiš sonca kot krogec, ampak vidiš "žarke" okoli - cel razmazan halo. Diamantni prstan ni nič drugega kot košček sonca s polno močjo, na zatemnenem ozadju.

Glede ostalih zvezd - me zanima, kdo je že rekel, da ga je ponoči kakšna zvezda zaslepila. Najsvetlejše zvezde so po skupni sevalni moči okrog 10^11-krat temnejše od sonca, in tudi, če ti ob luni posveti miljoninka površine celotnega sonca, to še vedno pride 100-tisoč zvezd. Zdaj pa računaj.

Rozman
Prispevkov: 1519
Pridružen: 6.10.2005 14:50
Kraj: Tržič
Kontakt:

Re: Diamond Ring Effect

Odgovor Napisal/-a Rozman »

greš kar v kakšno razpadajočo stavbo, v kateri je temno
Se popolnoma strinjam. Še bolje je, če gremo v popolnoma temen prostor, vzamemo laser in ga usmerimo skozi majhno luknjico, svetlobo pa opazujemo na drugi strani luknjice. Opazili bomo raztros svetlobe, kar pomeni, da svetloba laserja za luknjico razširi svoj snop. Nisem pa še opazil, da bi za luknjico nastal Diamond Ring Effect, to je, da bi opazili, kot da svetloba skozi oviro prehaja tudi mimo luknjice. Aniviller, najin pogovor bo bolj razumljiv, če razčistiva kako ti dojemaš tak poskus z laserjem: tako da v tem primeru Diamond Ring Effecta ni ali da je. Če je, ali si v literaturi opazil kakšne rezultate takih meritev, najbolje kakšne slike.

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: Diamond Ring Effect

Odgovor Napisal/-a Aniviller »

Ti imaš ta diamantni prstan za nek specifičen pojav, ki bi ga rad uporabil na vsakem svetilu. No, saj lahko tako rečeš, ampak diamantni prstan se mu reče zato, ker je še obroček od sonca zraven. Če tisto vzameš stran, ostane samo še majhna intenzivna točka svetlobe, kot bi gledal v žaromet. Sploh ni nič posebnega. Tako kot tole
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/c ... _glare.jpg
http://www.driversedguru.com/wp-content ... 0Glare.jpg

Propagacijo svetlobe ti narobe razumeš. Razhajanje laserskega žarka (če bi bilo na tej razdalji sploh opazno) ne bi povzročilo tega, da bi ti videl večjo piko ko bi pogledal vanj, samo iz več smeri bi se pika videla.. Saj svetloba novoletnih lučk ni usmerjen snop, pa vseeno izgledajo točkaste (oziroma v velikosti svetila), le vidi se jih od povsod.

Rozman
Prispevkov: 1519
Pridružen: 6.10.2005 14:50
Kraj: Tržič
Kontakt:

Re: Diamond Ring Effect

Odgovor Napisal/-a Rozman »

Aniviller, da bova bolj razumljiva naj poudarim, da razpravljam o 'svetlobnem oblaku' to je pojavu, ko se razmerje med svetlostjo izvora svetlobne točke in svetlostjo okolice svetle točke pomembno zmanjša. Z drugimi besedami okolica svetlobne točke v svetlobnem oblaku postane relativno svetlejša v odnosu na izvor.
-Ti imaš ta diamantni prstan za nek specifičen pojav, ki bi ga rad uporabil na vsakem svetilu.
NE! Svetlobni oblak opažam le v primeru sončevega mrka. Drugje je nezaznaven.
-Razhajanje laserskega žarka ne povzroči tega, da bi ti videl večjo piko ko bi pogledal vanj,
Se v celoti strinjam.

V čem je torej specifika svetlobnega oblaka v primeru sončevega mrka?

Sonce sestavlja sončeva površina in okrog nje plast sončeve korone. Dokler je odkrit vsaj del sončeve površine (poleg korone) je razmerje med svetlostjo Sonca in svetlostjo okolice Sonca zelo veliko, kar pomeni neznaten svetlobni oblak. Svetlobni oblak se hitro in izrazito pojavi takrat, ko izza Lune prihaja le še svetloba iz sončeve korone. Ni torej zveznega prehoda pojavljanja svetlobnega oblaka glede na zakrivanje sonca ampak svetlobni oblak ustvarja predvsem sončeva korona.

Specifika svetlobnega oblaka v Diamond Ring Effectu je torej v tem, da jo ustvarja svetloba iz sončeve korone, neprimerno manj pa svetloba iz sončevega površja.

Aniviller, ali se v tem strinjava?

Tako drastična razlika pri ustvarjanju svetlobnega oblaka pa je možno razložiti le tako, da ima svetloba iz sončeve korone neke lastnosti za ustvarjanje svetlobnega oblaka, ki jih svetloba iz sončevega površja nima.

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: Diamond Ring Effect

Odgovor Napisal/-a Aniviller »

Pojma nimam, o kakšnem oblaku govoriš v tem primeru. Korona je razredčen in zato dokaj prozoren močno ioniziran plin nad površjem sonca, ki kljub temu, da ima zelo visoko temperaturo, ne odda toliko svetlobe. Čim pa gledaš direktno v sonce, ne pa v njegove "lase", dobiš pa direkt vso svetlobo, ki jo je sposobno pri svoji temperaturi oddat (pri koroni je dovolj redko, da se celo skozi vidi).
NE! Svetlobni oblak opažam le v primeru sončevega mrka. Drugje je nezaznaven.
Če s svetlobnim oblakom misliš žareč redek plin, potem ok... upam pa, da ne mešaš tega s "prstanom", ki je zgolj presvetlljena slika.

Rozman
Prispevkov: 1519
Pridružen: 6.10.2005 14:50
Kraj: Tržič
Kontakt:

Re: Diamond Ring Effect

Odgovor Napisal/-a Rozman »

Aniviller, priznam, moj zapis o svetlobnih oblakih je preveč 'pesniški', zato to isto vprašanje ponavljam v bolj fizikalni obliki.
Zamisli si, da proti Luni usmerimo dva merilnika svetlosti sončeve svetlobe. Merilnik A strogo na rob Lune tako, da neposredna svetloba sonca ravno še uspe priti ob robu Lune do merilnika. Merilnik B usmerimo nekaj kotnih minut proti središču Lune, tako da neposredna svetloba s sonca ne more doseči merilnika B. Merimo razmerje svetlosti A/B.

Iz posnetkov sončevega mrka se da razbrati, da je to razmerje zelo veliko v času, ko Luna v celoti ne prekriva sončeve površine in da se to razmerje svetlosti, ko Luna zakriva sončevo površino, ne pa sončeve korone neprimerno in izrazito manjše. To opazimo tako, kot bi svetloba prehajala skozi Luno.

Razmerje svetlosti A/B se torej izrazito zmanjša takrat, ko izza Lune prihaja le svetloba iz sončeve korone, ne pa s površine Sonca. Ni torej zveznega prehoda pri spremembi razmerja svetlosti A/B glede na zakrivanje sonca ampak na to razmerje svetlosti ključno vpliva le svetloba sončeve korone, manj pa svetloba iz površine Sonca.

Aniviller, ali fizika to dogajanje dojema enako?

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: Diamond Ring Effect

Odgovor Napisal/-a Aniviller »

Iz posnetkov sončevega mrka se da razbrati, da je to razmerje zelo veliko v času, ko Luna v celoti ne prekriva sončeve površine in da se to razmerje svetlosti, ko Luna zakriva sončevo površino, ne pa sončeve korone neprimerno in izrazito manjše. To opazimo tako, kot bi svetloba prehajala skozi Luno.
Samo občutljivost kamere je spremenjena.

Dokler se sonce še vidi, moraš imeti na kameri filter, in če bi ga pustil gor, bi samo videl, kako ti zadnje pikice izginejo in imaš popolnoma črno sliko. To se je pri mrku leta 1999 naredilo rtv-ju na direktnem prenosu, ko je napovedovalka navdušeno opisovala dogodek, TV je bil pa črn. Potem daš filter dol, in vidiš korono in vse ostalo, ampak pri tej občutljivosti pa potem, ko se nazaj pokaže sonce izza vogala, zaslepi celo sliko.

Tako da "pojav", ki ga opisuješ, je samo nastavitev beline na kameri - če si že kdaj videl amaterske posnetke s kamero z adaptivno občutljivostjo, vidiš točno te efekte. Oglej si
http://www.youtube.com/watch?v=iqIQ9MX6vN0
okrog 10. sekunde: dokler je navajeno na temno sliko, in obrneš proti oknu, te čisto zaslepi, nakar se navadi in potem je normalno svetlo, ampak če potem nazaj v temo pogledaš, je vse pretemno. Isto delajo človeške oči.

Rozman
Prispevkov: 1519
Pridružen: 6.10.2005 14:50
Kraj: Tržič
Kontakt:

Re: Diamond Ring Effect

Odgovor Napisal/-a Rozman »

-ko se nazaj pokaže sonce izza vogala, zaslepi celo sliko
Aniviller, ko gledam posnetke sončevega mrka je dogajanje ravno nasprotno, kot opisuješ. Pri posnetku http://www.youtube.com/watch?v=1zvp9A2iIHE , dokler je Sonce še precej odkrito, je neka svetlost, odvisna od filtrov na kameri. Ko Luna pokrije celotno sončevo površino razen korone, nastane zaslepitev. Ko Luna pokriva tudi korono pa se ta zaslepitev zmanjšuje.

Ni torej tako, da bolj ko Luna postopno prekriva Sonce, se linearno s pokritostjo zmanjšuje tudi zaslepitev. V fazi pokrivanja Sonca je najprej majhna zaslepitev, potem se proti koncu dogodi izbruh zaslepitve, ki v nadaljevanju pojenja. To se dogaja na vseh posnetkih, ne glede na snemalno opremo.

Naju bolj kot sama zaslepitev zanima razmerje svetlosti A/B, kjer pa je evidentno, da v fazi, ko je z Luno pokrita površina sonca ne pa površina sončeve korone to razmerje svetlosti drastično pade.

Uporabniški avatar
Aniviller
Prispevkov: 7263
Pridružen: 15.11.2004 18:16

Re: Diamond Ring Effect

Odgovor Napisal/-a Aniviller »

Aniviller, ko gledam posnetke sončevega mrka je dogajanje ravno nasprotno, kot opisuješ. Pri posnetku http://www.youtube.com/watch?v=1zvp9A2iIHE , dokler je Sonce še precej odkrito, je neka svetlost, odvisna od filtrov na kameri. Ko Luna pokrije celotno sončevo površino razen korone, nastane zaslepitev. Ko Luna pokriva tudi korono pa se ta zaslepitev zmanjšuje.
Točno to ti pravim. Ko slika v povprečju postane temnejša, avtomatika poveča občutljivost (ekspozicijski čas ali pa zaslonko nastavi), in zato iste stvari izgledajo svetlejše v kasnejši fazi mrka. Tudi, če sam nastavljaš, delaš to, ravno zato, ker je to tisto kar hočeš - čim je scena dovolj temna (posebej nebo se mora dovolj stemnit), da se korona lahko vidi, hočeš dejansko posnet dovolj dolgo ekspozicijo, da boš kaj videl. Če bi pustil nastavitve kamere fiksne, bi pa stvar enostavno izginila.

Tukaj imaš recimo napotke, kakšne nastavitve uporabit, da dobro posnameš različne faze mrka:
http://www.astropix.com/HTML/I_ASTROP/ECLIPSE.HTM
http://www.mreclipse.com/SEphoto/SEphoto.html

Če nastavitve ohraniš fiksne, dobiš tole (auto exposure TURNED OFF):
http://www.youtube.com/watch?v=9um5IaKerOY
Nastavljeno je bilo tako, da se bo v popolni fazi korona videla (srednji del posnetka), ampak s tem je potem pred popolnim mrkom in po njem skozi "diamantni prstan", ker je pač skozi prekurjena slika. Obratno bi bilo, da bi tako zafiltriral, da bi videl polmesec, samo potem ne bi bilo ne prstana ne korone ampak sama tema.

Sploh v astronomiji moraš vedet, da praktično nikoli ne vidiš surovih slik, posebej ne v poljudnem materialu. Ponavadi niso samo nastavitve različne, ampak je treba tudi odstranjevat šum, seštet sekvenco slik, posnetih ob različnih časih, da dobiš več svetlobe, seštevat slike, posnete skozi različne filtre,... ti si enostavno videl posnetke mrka, prilagojene na to, da se ob vsakem trenutku vidi kar največ detajlov, in si zagnal paniko.

Rozman
Prispevkov: 1519
Pridružen: 6.10.2005 14:50
Kraj: Tržič
Kontakt:

Re: Diamond Ring Effect

Odgovor Napisal/-a Rozman »

Sploh v astronomiji moraš vedet, da praktično nikoli ne vidiš surovih slik, posebej ne v poljudnem materialu. Ponavadi niso samo nastavitve različne, ampak je treba tudi odstranjevat šum,

Res je. Vendar pa se pri vseh, zares čisto vseh slikah, ob najrazličnejših nastavitvah osvetlitev, dosledno pojavlja naslednji vzorec, ki zato ne more biti posledica nastavitev kamere:
- kontura Lune na sončevem ozadju je ostra, dokler Luna odkriva vsaj del sončeve površine.
- kontura Lune je zelo meglena (v oblaku) kadar Luna odkriva le sončevo korono.


Je pa res, da bi se o različnem raztrosu svetlobe v enem in drugem primeru (čeprav je iz slik evidenten) lahko dokončno prepričali le z namensko meritvijo. Rezultatov takih meritev pa nimava. Fizika ima torej še možnosti za nove meritve.

V primeru, da bi bil z meritvami izkazan drugačen raztros svetlobe iz sončevega površja kot iz sončeve korone (ne le na sliki), bi to dalo odlična izhodišča za nova spoznavanja o lastnostih svetlobe.

Odgovori