月光究竟是什么……!?从不同角度来探究月亮

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今年夏天真的很热啊……
随着这段炎热的夏季结束,秋天的季节也随之到来。
一到秋天,就会有十五夜、各地赏月会等各种与“月亮”有关的活动陆续举行。

夜空中温柔洒下的月光,
众所周知,其实是太阳光的反射,但它与太阳光并不完全相同。
在这篇文章中,我们将从多个角度来探究月光的秘密——不仅会介绍它与太阳光在亮度和成分上的不同,还会谈到月光浴所带来的意想不到的效果,甚至还会解答一个有趣的问题:为什么在热门漫画《鬼灭之刃》中,鬼却能安然无恙地沐浴在月光下。

什么是月亮?

月亮是环绕地球运行的卫星,是夜空中最明亮的天体之一。
它也是至今为止人类实际到达过的唯一一个天体。
下面整理了一些关于月亮大小、质量等方面的数据。

大小直径约 3,476 公里,大约是地球的 1/4。
与地球的距离约 38 万公里,相当于地球到月球之间能并排放下约 30 个地球的距离。
质量7.342×10²² 公斤(= 73,420,000,000,000,000,000,000 公斤),重得无法想象。
月球的公转周期与自转周期约 27.32 天。月球绕地球公转一周的同时,也会自转一周。由于公转周期与自转周期相同,所以我们只能看到月球的同一面。
温度白天高达 110℃,夜晚低至 -170℃。昼夜温差超过 200℃。
月球本来的颜色带有茶色的灰色。

对比月亮和太阳

接下来,将从以下三个方面对月亮和太阳进行比较。

月亮太阳
照度(亮度)约 0.2 勒克斯约 100,000 勒克斯
照射强度约 0.001 W/m²约 1,000 W/m²
视等级−12.74 等级−26.74 等级

※月球的数据以满月时的数值为参考进行记录。
※太阳的数据以盛夏时的太阳光数值为参考进行记录。

照度(亮度)

照度是指光源照射到单位 1㎡ 平面上的亮度。
满月时地表的照度约为 0.2 勒克斯,但月光的亮度只有太阳光的 约五十万分之一。

照射强度

照射强度是表示到达表面的光能量强度。
月光的强度仅为太阳光的 约一百万分之一。

视等级

视等级是表示从地球上看到的天体亮度(视亮度)的尺度,是自古以来天文学用来比较星星亮度的基本概念。
根据 NASA 的调查,满月的视等级为 -12.74,太阳的视等级为 -26.74。
两者的差值为:-12.74 – (-26.74) = 14。
每差 1 个等级,亮度相差约 2.512 倍。
所以 2.512¹⁴ ≈ 400,000。
也就是说,月光的亮度仅为太阳光的 约四十万分之一。

对比之下,月光显得无比微弱而短暂,同时也能深刻感受到太阳光所拥有的压倒性力量。

月光的光谱特性

月光的光谱特性被认为与太阳光没有太大差别。
原因在于,月光其实是太阳光被月球表面反射后的光。
下面将通过光谱分布来比较二者的光。
※光谱分布:将光按波长划分,用能量比例来表示各个波长所包含强度的图表。

太阳光

这是本公司测量的自然太阳光的光谱分布。

测量日期:2016年6月2日 14:00
测量地点:Seric株式会社技术中心
埼玉县越谷市

月光

测量日期:2014年4月14日 23:16
测量地点:荷兰北布拉邦省
出处:Marcel van der Steen(2014年4月14日)《月光的光谱》
URL:Spectrum of moon light

这两张图表因为出处不同(测量人员、测量仪器和测量地点都不同),再加上纵轴范围和测量条件也不一致,所以严格来说不太容易直接比较。不过把它们放在一起看的话,形状却非常相似。
月光本质上是太阳光的反射,因此分光特性应当与太阳光相同,但仍能观察到些许差异。原因被认为与月球表面覆盖的物质有关。月球表面覆盖着风化层(称为“风化土”,即天体表面的砂砾、以及流星体撞击后产生的细微颗粒的总称),主要成分是玄武岩和斜长石等火山岩。
这些矿物具有更容易吸收蓝光和紫光等短波长光的特性。因此,月光看起来并不像白天的太阳光那样洁白,而是带有一点泛黄的色调。

如果你对“光谱分布”究竟是什么感到好奇,可以参考以下的相关文章,里面从基础开始进行了通俗易懂的解说。结合阅读的话,理解会更加深入。

什么是光谱分布?——通俗解读它与蓝光和太阳光的关系

月光的各种作用

沐浴在月光下,被称为“月光浴”。
你是否听说过,通过月光浴能够让身心平静、放松呢?
下面介绍几种从月光浴中可能获得的效果:
① 获得放松效果
沐浴在柔和的月光中,可以缓解交感神经的紧张,让副交感神经占据优势。
当副交感神经占优时,心率与血压会趋于稳定,从而进入放松状态。
※这不仅仅是月光浴本身的效果,还与夜晚安静的环境、以及月光般柔弱的光照有关。
② 改善睡眠质量,维持体内节律
在月光般的柔弱光线下,褪黑素的分泌不会受到干扰,睡眠质量更容易提高。
研究显示,为了获得高质量睡眠并维持体内生物节律,隔绝太阳光或智能手机等强光非常重要。
③ 有助于精神健康
在大自然中度过的时光,有助于减轻压力和精神焕新。
月光浴正是“在自然环境中享受宁静时光”,因此被认为有助于稳定情绪、缓解压力。

综上所述,月光浴有多方面的益处。
虽然目前关于“月光浴本身的直接效果”的科学证据有限,但:
· 沉浸在夜晚自然的柔弱光线中
· 在安静环境中放松
· 维持不打乱生物钟的光环境
这些因素确实会对健康和心理产生积极影响。

最后,我还带着一点兴趣做了进一步的调查。

鬼灭之刃里的鬼为什么不怕月光?

你看过《鬼灭之刃》这部作品吗?
故事讲述了隶属于“鬼杀队”的主人公,为了打倒鬼而不断努力、成长的历程。
作品中的鬼,一旦被阳光照射就会消灭,无法在太阳下生存,只能在有月亮的夜晚活动。
也就是说,作为太阳光反射的月光对它们没有影响。可是,为什么在太阳光下会消灭,而在月光下却能活动呢?
一个合理的推测是:造成它们消亡的并不是“光本身”,而是太阳光里月光所不具备的成分——那就是“紫外线和红外线”。
下面来整理一下太阳光与月光的紫外线和红外线:

· 太阳光
含有丰富的可见光、紫外线和红外线。
对人体的影响也很大(紫外线导致晒伤,红外线带来热量)。
· 月光
反射的主要是可见光。
虽然月球表面也能反射紫外线和红外线,但反射能力极弱。
月球反射率只有约 7%~12%,紫外线和红外线更容易被吸收而难以反射。
这与月球表面的形状和风化层(Regolith)有关。月球表面崎岖不平,导致反射回地球的太阳光减少,从而降低反射率。
月球表面的主要成分是玄武岩和斜长石,这些矿物会强烈吸收紫外线和红外线。而且表面覆盖着风化层,结构疏松、多孔,使光线更容易被吸收而不是反射。
此外,大量紫外线和红外线还会进一步被地球大气层吸收。
从以上两点来看,可以认为月光中几乎不含紫外线和红外线。

因此,或许可以推测,《鬼灭之刃》中的鬼们实际上是对紫外线和红外线敏感和脆弱的。
当然,这只是笔者的个人推测(笑)。

总结

本文介绍了关于“月亮”和“月光”的各种内容,最后再补充一点……
今年被认为是一年中最美的“中秋明月”,将在 10月6日(星期一) 迎来。在清澈的夜空中静静欣赏一轮明月,也许正是秋季的一大乐趣吧!让我们一起祈祷10月6日的夜晚是个晴朗的好天气!

· NASA《Moonlight》
· NASA《月球的事实 – NASA Science》
· NASA《太阳的事实 – NASA Science》
· NASA《In Depth | Earth’s Moon – NASA Solar System Exploration》
· JAXA《想知道更多吗!?关于行星 ~月球篇~ | Fan! Fan! JAXA!》
· 月球探测信息站
· Meteorología en Red
· SKYWARD+
· OliNo《月光的光谱》
· @DIME 《月球沙土“风化层”竟是宝藏之砂!?》