衝日浪

衝日浪（opposition surge，有時稱為衝日效應、衝日尖峰或西利格效應^[1]）是當照明直接來自觀測者的後方，而在粗糙的表面，或有許多顆粒物體產生的亮光。這個名詞廣泛的應用在天文學，一般是指天體，如行星、月球或彗星，在觀測時的相位角接近零時，亮度突然明顯增加的現象。它會如此命名是因為在衝時月球和火星反射的光，比簡單的朗伯反射率所預測的亮度出現顯著的增加。對這種觀測的現象提出了兩種物理機制：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，觀測者是坐落在地球上。在相位角為0時，太陽是在觀測者的後方，而被觀測的天體在前方，因此向着地球的這一面完全被照亮着。

天體的亮度與相位角的關係，當與太陽的相位角迅速地降低，而天體的亮度會急遽的增加。這主要的原因是受光的面積增加，但也有一部分是因為陽光照射部分的內在亮度，影響這個因素的是來自被觀測天體反射陽光的角度。因此，可見的被照亮區域確實只有兩倍大，但滿月光度超過上弦月或下弦月的兩倍。

物理機制

隱藏的陰影

當反射角接近光線擊中物體表面的角度時（從觀測者的角度看，即當太陽和物體接近衝的位置），通常這個物體的內在亮度是接近其最大值。在相位角是0度時，物體被充分的照明，所有的陰影都會消失。而當相位角趨近於0時，表觀亮度還會突然增加，這突然增加的亮度就稱為衝日浪。

這種效應在太陽系天體沒有大氣的風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，當觀察者與光源幾乎在同一條線上時，在其它入射角時的陰影處會被照亮。這種效應只有在相位角接近0的很小的範圍內才看得見。當對物體的反射性質已進行過定量研究，詳細的衝日效應－其強度和角度－可以由兩個哈普克參數描述。在行星環（例如土星環），衝日浪是肇因於環上粒子的陰影覆蓋。這是雨果·馮·澤利格在1887年率先提出的解釋 ^[2]。

相干反向散射

衝日浪亮度增加的另一個理論是相干散射^[3]。在相干散射，如果散射體表面的尺度相當於光的波長，而散射粒子間的距離大於一個波長，反射光會在很窄的角度被增強。亮度的增加是因為所發出的反射光連貫的結合。

相干散射的現象也已經用雷達觀測到。特別是，最近卡西尼－惠更斯號使用2.2公分的雷達觀測泰坦顯示，需要相干散射效應來解釋雷達波長的高反照率^[4]。

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就描述了衝日浪的存在^[5]。格雷爾斯後來的研究顯示月球的亮度也有相同的效果^[6]。他創造了衝日效應（"opposition effect"）這個名詞描述此一現象，但更直觀的衝日浪（"opposition surge"）現在被更廣泛的使用。

自格雷爾斯的研究開始，就注意到衝日浪只出現在沒有大氣層的太陽系天體，對有大氣層的天體則沒有這種亮度激增的報告。

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，而非對平滑的月海。對於這種現象的主要機制，測量顯示與波長的依賴性很小：湧浪的3-4%在0.41μm，然後是1.00 μm。此一結果顯示衝日浪的主要原因是陰影隱藏而不是相干散射^[7]。

參考資料

^ Hameen-Anttila, K.A.; Pyykko, S. Photometric behaviour of Saturn's rings as a function of the saturnocentric latitudes of the Earth and the Sun. Astronomy and Astrophysics. July 1972, 19 (2): 235–247. Bibcode:1972A&A....19..235H.
^ von Seeliger, H. Zur Theorie der Beleuchtung der grossen Planeten insbesondere des Saturn. Abh. Bayer. Akad. Wiss. Math. Naturwiss. Kl. 1887, 16: 405–516.
^ Hapke, B. Coherent Backscatter: An Explanation for the Unusual Radar Properties of Outer Planet Satellites （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Icarus 88: 407:417.
^ Janssen, M.A.; Le Gall, A.; Wye, L.C. Anomalous radar backscatter from Titan’s surface?. Icarus. 2011, 212 (1): 321–328 [October 31, 2011]. Bibcode:2011Icar..212..321J. ISSN 0019-1035. doi:10.1016/j.icarus.2010.11.026. （原始內容存檔於2019-06-01）.
^ Gehrels, T. (1956) "Photometric Studies of Asteroids. V: The Light-Curve and Phase Function of 20 Massalia （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）". Astrophysical Journal 195: 331-338.
^ Gehrels, T.; Coffeen, T.; & Owings, D. (1964) "Wavelength dependence of polarization. III. The lunar surface （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）". Astron. J. 69: 826-852.
^ Burrati, B. J.; Hillier, J. K.; & Wang, M. (1996) "The Lunar Opposition Surge: Observations by Clementine （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）". Icarus 124: 490-499.

外部連結

Hayabusa observes the opposition surge of Asteroid Itokawa
opposition effect （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）, "Atmospheric optics" website. Includes a picture of the opposition surge on the moon
opposition effect mechanism （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）, "Atmospheric optics" website. Diagrammatic representation of the opposition surge
"The-moon wikispaces" opposition surge page Archive.is的存檔，存檔日期2013-02-09
Opposition surge on Saturn's B Ring as seen by Cassini–Huygens

[Hameen-Anttila-1] Hameen-Anttila, K.A.; Pyykko, S. Photometric behaviour of Saturn's rings as a function of the saturnocentric latitudes of the Earth and the Sun. Astronomy and Astrophysics. July 1972, 19 (2): 235–247. Bibcode:1972A&A....19..235H.

[volSeeliger-2] von Seeliger, H. Zur Theorie der Beleuchtung der grossen Planeten insbesondere des Saturn. Abh. Bayer. Akad. Wiss. Math. Naturwiss. Kl. 1887, 16: 405–516.

[3] Hapke, B. Coherent Backscatter: An Explanation for the Unusual Radar Properties of Outer Planet Satellites （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） Icarus 88: 407:417.

[Janssen2011-4] Janssen, M.A.; Le Gall, A.; Wye, L.C. Anomalous radar backscatter from Titan’s surface?. Icarus. 2011, 212 (1): 321–328 [October 31, 2011]. Bibcode:2011Icar..212..321J. ISSN 0019-1035. doi:10.1016/j.icarus.2010.11.026. （原始內容存檔於2019-06-01）.

[5] Gehrels, T. (1956) "Photometric Studies of Asteroids. V: The Light-Curve and Phase Function of 20 Massalia （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）". Astrophysical Journal 195: 331-338.

[6] Gehrels, T.; Coffeen, T.; & Owings, D. (1964) "Wavelength dependence of polarization. III. The lunar surface （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）". Astron. J. 69: 826-852.

[7] Burrati, B. J.; Hillier, J. K.; & Wang, M. (1996) "The Lunar Opposition Surge: Observations by Clementine （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）". Icarus 124: 490-499.

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概論