Почему на фотографиях с Луны видны детали в тени?

Краткий ответ: Хотя на Луне практически нет атмосферного рассеяния света, но абсолютной чернотой тени не обладают из-за того, что есть несколько источников света: кроме Солнца, есть Земля, но более яркий источник — сама Луна, отражающая солнечный свет.

Луна обладает незначительной атмосферой и окололунной пыльной средой, которая немного рассеивает солнечный свет. Этот эффект заметен только в космическом масштабе, если наблюдать окрестности Луны с ночной стороны орбиты. В целом же у поверхности условия, близкие к вакууму. То есть солнечный свет, падающий на лунную поверхность, практически ничем не рассеивается, что делает лунные тени очень резкими. Тем не менее на многих кадрах, полученных астронавтами NASA на лунной поверхности, можно разобрать детали в тенях. Это вызывает удивление.

К счастью, американские астронавты не единственные, кто фотографировал Луну с поверхности. Поэтому все желающие имеют возможность сравнить американские фотографии с советскими снимками того же времени, что и программа Apollo, или с современными китайскими.

Возможность камеры видеть детали в тенях называется динамическим диапазоном, это характеристика фототехники, которая показывает количество градаций яркости от абсолютно белого до абсолютно черного. То есть чем шире динамический диапазон камеры, тем больше подробностей в тенях можно рассмотреть на фотоснимках.

Первую мягкую посадку на естественный спутник Земли совершила советская автоматическая межпланетная станция «Луна-9». Она проработала 75 часов и передала на Землю три фотопанорамы. Следующую посадку совершила «Луна-13», чья конструкция во многом повторяла конструкцию своей предшественницы. Динамический диапазон камер советских космических аппаратов был довольно узок, но это не помешало им показать, что лунные тени не обладают абсолютной чернотой. Так, на панорамах «Лунохода-1» и «Лунохода-2» достаточно просто можно рассмотреть в тени элементы спускаемых аппаратов «Луна-17» и «Луна-21», которые обеспечили планетоходам мягкую посадку.

«Луноход-1» сумел рассмотреть свое колесо в тени, а на пути луноходам неоднократно встречались крупные камни, чью затененную сторону удается рассмотреть на снимках.

В 2013 году на Луну мягко села автоматическая межпланетная станция Китайского космического агентства Chang'e 3. Она высадила небольшой луноход Yutu на поверхность. Оба космических аппарата были оснащены цветными цифровыми фотокамерами, производили съемку друг друга и окружающей местности. И точно так же, несмотря на глубокие тени и уступающий пленочным камерам динамический диапазон, китайские аппараты смогли увидеть неосвещенные детали поверхности Луны и элементы конструкции друг друга.

В 2019 году китайская космонавтика повторила прежнее достижение, только на этот раз посадку автоматического аппарата Chang'e 4 произвели на обратную сторону Луны. Луноход Yutu 2 успешно вышел на поверхность и приступил к исследованиям. Его снимки также позволяют рассмотреть элементы Chang'e 4 в тени.

Разгадка секрета видимости в лунной тени довольно проста: дополнительное освещение в лунной тени дает не рассеянный атмосферой свет, а отраженный. На Луне источником света выступает не только Солнце, но и поверхность самой Луны, отражающая солнечные лучи. На видимую сторону естественного спутника Земли еще поступает свет, отраженный от нашей планеты, но в дневное время ее вклад незначителен. Во время съемки с близкого расстояния добавляется еще один источник отраженного света — сам фотографирующий. Это особенно актуально для астронавтов, которые носили белые скафандры, цвет которых специально был выбран так, чтобы эффективно отражать солнечный свет и спасать от перегрева. Советские луноходы также были завернуты в белую светоотражающую теплоизоляцию.