Пепельный свет: почему тёмная половина молодого месяца всё-таки видна

Тридцатого ноября 1609 года, в один из первых своих вечеров с трубой, Галилей рисовал Луну акварелью. Семь его лунных рисунков хранятся во флорентийской Национальной библиотеке вместе с рукописью «Звёздного вестника», и на нескольких фон вокруг серпа закрашен тёмным. Астроном Паоло Моларо, разбиравший эти акварели, читает тёмную краску просто: она понадобилась, чтобы на бумаге стало видно то, что Галилей видел в трубу, — неосвещённая часть лунного диска светлее неба вокруг неё.

Это пепельный свет. Серое свечение на той половине Луны, куда Солнце в эти дни не заглядывает вовсе, а приходит свет туда от нас: Солнце, Земля, Луна, глаз наблюдателя — три плеча вместо обычных двух. Полная Земля освещает лунную ночь в несколько десятков раз сильнее, чем полная Луна освещает нашу. Собственного света у Земли при этом нет ни капли.

Почему Земля светит сильнее

С Луны наша планета висит в небе почти неподвижно и проходит те же фазы, что Луна у нас, только в противофазе: когда у нас тонкий серп, там — почти полный земной диск.

Дальше считается на пальцах, по справочным таблицам NASA. Радиус Земли 6371 километр против лунных 1737 — значит, в небе Луны земной диск занимает площадь в тринадцать с половиной раз больше, чем наша Луна в нашем небе. Отражает Земля тоже лучше: 0,294 против 0,11. Это альбедо, доля солнечного света, которую тело отправляет обратно в пространство. Перемножьте два числа — вот вам и разрыв в несколько десятков раз.

Поэтому пепельный свет и различим невооружённым глазом. А не видно его в остальные три недели месяца по двум причинам сразу: чем шире наш серп, тем уже земной, и тем сильнее слепит подсвеченный Солнцем край. Правило Галилей записал ещё в 1610 году — вторичный свет тем ярче, чем ближе Луна к Солнцу.

Леонардо назвал виновником море

За сто лет до трубы то же свечение разбирал Леонардо. В записной книжке 1506–1509 годов он спорит с теми, кто считал, будто у Луны есть собственный свет, и называет свою причину: «…этот свет исходит от нашего океана и прочих внутренних морей, ибо они тогда освещены Солнцем, которое как раз садится, и море делает для тёмной стороны Луны то же, что полная Луна делает для нас, когда Солнце зашло».

Механизм он угадал: свет действительно земной, отражённый. Виновника назвал неверно.

Открытая вода — одна из самых тёмных поверхностей планеты, у чистой глубокой воды отражательная способность в методичках NASA названа близкой к нулю. Те три десятых, которые Земля возвращает в космос, дают облака, снег и лёд, а моря и леса как раз тянут среднее вниз. Откуда взялась ошибка, впрочем, понятно с первого взгляда на воду: Леонардо смотрел на закатную дорожку — ту самую, что бежит по волне прямо к наблюдателю, — и решил, что море светит так же щедро и вверх. С берега это выглядит убедительно.

Сто лет в столе

Дальше с открытием случилось то, что обычно случается с записями в стол.

Рукописи Леонардо достались Франческо Мельци и разошлись по рукам только в 1585–1590 годах. Пока они лежали, пепельный свет успели объяснить заново и, похоже, независимо. Венецианец Паоло Сарпи записал догадку про земной свет между 1578 и 1583 годами. Михаэль Мёстлин, тюбингенский учитель Кеплера, опубликовал объяснение в 1596 году, и в 1604-м Кеплер сослался на него в «Оптической части астрономии».

Галилей в «Звёздном вестнике» 1610 года разобрал явление подробно и показал, что это не свечение Венеры и не полупрозрачность лунного шара. Дело было рискованное: из безобидного серого пятнышка следовало, что Земля светит, как планета, — то есть ведёт себя наравне с блуждающими светилами, а не лежит неподвижным сором в середине мира. Деталь, которая всё выдаёт: на гравюрах, отпечатанных в книге по этим самым акварелям, вторичный свет исчез. Судя по всему, пассаж о нём автор решился вставить в последний момент.

Где его искать над сочинским морем

Молодой серп всегда стоит в западной половине неба и садится следом за Солнцем. Луна отстаёт от Солнца примерно на 50 минут в сутки: через день после новолуния она уходит за горизонт почти сразу за ним, через трое суток — часа через два. В ночь декабрьского звездопада, через четыре-пять суток после новолуния, серп уйдёт за горизонт вечером и не помешает Геминидам.

Нам это скорее подходит. Море у сочинского берега лежит на юго-западе, и серп садится в воду. Убывающий месяц с тем же пеплом виден перед рассветом на востоке, а восток здесь — горы.

Тонкость одна, и она про расписание. Прогулочные суда возвращаются к заходу солнца, ходить в темноте им запрещено — это норма, а не осторожность капитана. Серп с борта вы застанете. Пепел внутри серпа проступает минут через двадцать-тридцать после захода, когда сумерки сядут достаточно глубоко, и смотреть его придётся уже с причала. Забавно, что в этот же самый момент с противоположной стороны неба над горами поднимается тень Земли: вечер, когда над водой видно сразу и свет нашей планеты, и её тень.

Как поймать пепел глазом

Главное — убрать из поля зрения яркий рог. Спрячьте его за мачту, за угол дома, за поднятый большой палец и дайте глазу минуту-другую: пока светящийся край бьёт по сетчатке, слабое серое пятно рядом с ним не читается.

Бинокль добавляет много. Галилей писал об этом так: «когда Луна отстоит от Солнца меньше чем на шестьдесят градусов, она сияет заметно даже в сумерках, и настолько ярко, что в хорошую трубу можно различить большие пятна». Шестьдесят градусов — примерно пятый день после новолуния; большие пятна — лунные моря, которые в оптику действительно проступают на пепельной части тёмными кляксами.

Остальное — про воздух. Нужен чистый низкий горизонт и сухой вечер; южная дымка над тёплой водой съедает такие полутона первой.

Старая луна в объятиях новой

У англичан для этого есть своё имя — «старая луна в объятиях новой». Пришло оно из баллады про сэра Патрика Спенса, пятьдесят восьмой в собрании Чайлда, напечатанной в 1765 году в «Памятниках старинной английской поэзии» Томаса Перси. Старый моряк отговаривает капитана выходить зимой в море: вчера ввечеру я видел новую луну со старою луной в объятиях, и боюсь, боюсь, мой господин, что не миновать нам беды. Корабль в балладе гибнет.

Прогноза погоды в этой примете нет. Календарная правда — есть. Пепельный свет виден в считаные дни от новолуния, а новолуние и полнолуние — это сизигии, когда Солнце и Луна тянут воду в одну сторону и прилив выходит самым большим за месяц. Моряк, увидевший старую луну в объятиях новой, знал не про шторм, а про то, что вода в ближайшие сутки будет ходить на максимуме.

Нашей акватории это, к слову, безразлично: приливы в Чёрном море — около десяти сантиметров, и на швартовку они не влияют.

Чем его меряют сегодня

В 1914 году пулковский астроном Гавриил Тихов снимал бредихинским астрографом и яркий серп, и пепельную часть — в разных участках спектра, от красных лучей до ультрафиолета. Выдержки в его записи стоят рядом и говорят сами за себя: секунды на серп и от пяти до двадцати минут на пепел. Вывод Тихова был такой: Земля с Луны должна выглядеть бледно-голубоватым диском, «цветом сильно белесоватого неба». Проверить это удалось только в 1969-м, когда её оттуда наконец увидели. В тех же мемуарах он объясняет, зачем нужны систематические наблюдения: отражательная способность атмосферы зависит от облачности, прозрачности воздуха и вулканической пыли, а местные колебания не всегда гасят друг друга.

За эту идею взялись всерьёз через восемьдесят четыре года. С декабря 1998-го обсерватория Биг-Бир в Калифорнии меряет пепельный свет отдельным коронографом, близнеца того же прибора поставили на Тенерифе. Яркость пепла — это отражательная способность целого земного полушария, снятая одним измерением и без единого спутника. За 1998–2017 годы альбедо по этим наблюдениям снизилось: на величину, эквивалентную примерно половине ватта на квадратный метр лишнего тепла. Падение связывают с потеплением востока Тихого океана, где стало меньше низкой облачности.

И тут пора сказать про пределы. Во сколько именно раз Земля светит на Луну сильнее, чем Луна на нас, в справочниках написано по-разному: попадается и пятнадцать, и сорок один, и полсотни. Разброс не от небрежности — величина зависит от того, какое полушарие в этот час подставлено Луне, сколько на нём облаков и снега, и где Луна на своей вытянутой орбите. Проверить на месте пока некому: на ночной стороне Луны не стоял ни один человек, все экипажи садились при солнце. Ближе всех подошёл Майкл Коллинз — на подлёте, за девятнадцать тысяч километров, он записал, что земной свет в иллюминаторе настолько ярок, что при нём можно читать книгу. Так что цифры у нас пока с этого берега, с той стороны их никто не сверял.