Theoretical Basics of Calculating Albedo Through the Earthshine

1^st Conference on

Optoelectronics, Applied Optics and Microelectronics

(OAM)

Department of Advanced Technologies, University of Mohaghegh Ardabili

Namin, Ardabil, Iran Aug. 17-19, 2019

نابم ی رظن ی رط زا ودبلآ هبساحم قی

مز نی هام بات

راختفا دمحم ینیدباع یلع فسوی ,1

,2

یدورد دمحا

ناجنز هاگشناد1

, m.eftekhar@znu.ac.ir

,ناجنز هاگشناد ۲

abediniy@znu.ac.ir

اجنز هاگشناد3

,ن darudi@znu.ac.ir

هدیکچ

:

ودبلآ ی مز ینی رت مهم زا نی اهرتماراپ ی نب یدای سانشاوه ی گ هزادنا رب هولاع .تسا یری

قتسم می اه پوکسلت طسوت ودبلآ ی

هبساحم ناکما ,وج زا جراخ

ودبلآ ی مز ینی رط زا قی رات شخب رون شجنس کی

جنسرون تبسن .دراد دوجو هام ی

رات شخب رون کی

ترت هب هک نآ نشور شخب هب هام بی

تن هجی ی زاب بات لصاح رون

مز زا نی شروخ و دی م ی ارب دشاب ی ودبلآ هبساحم ی

مز ینی م هدافتسا ی عطق مدع .دوش تی

هبساحم رد ی

ودبلآ ی مز ینی قد تخانش رضاح لاح رد قی

لقا می غت و تاریی

لقا یمی م دودحم ار ی

دودح رد تقد نتشاد روظنم هب .دنک سلت %0.1

مز پوک نی هناخ دصر طسوت بات ی

ه زکرم و دنول یسانشاو

حارط کرامناد ی

زادنا هار و ی

تخا رد رضاح لاح رد و هدش رای

مز هورگ نی ا بات ناری .تسا هتفرگ رارق

هژاو دیلک

هام ,بات نیمز , ودبلآ:

Theoretical Basics of Calculating Albedo Through the Earthshine

Mohammad Eftekhar¹, Ahmad darudi², Yousefali Abedini

1Department of Physics, Zanjan University, Zanjan, Iran

Abstract – Uncertainties in determination of the Earth’s albedo currently limit our understanding of climate and climate change. A new telescope has been designed and built to study the ratio between the intensities of earthshine to moonlight. The aim of the Earthshine Telescope is to acquire long-term albedo with a precision of about 0.1%. The light reaching us from this darker part of the Moon is called earthshine. Therefore, the terrestrial albedo can be determined from the ratio between the specific intensities of the earthshine and the moonlight. This is done by observing two small patches of the Moon near the edges of the disc - one in the dark part and one in the bright part.

Keywords: Albedo, Earthshine, moon

2

3

- 1 همدقم

رد کی فاص بش تقو

ی رقت هام هک ابی

م رظن هب تسا لماک ی

دسر تمسق ی خ رون هک هام زا رو

ش دی سرن نآ هب لماک هدی

ون ,تسا عض ر یفی .دراد

رون ی رات تمسق زا هک کی

هب هام نیمز م ی دسر بات نیمز د فرط زا .دراد مان

رگی بات نیمز ، مه ا شروخ رون ن دی

رد هک تسا ا

مز طسوت ادتب نی

و

م باتزاب هام طسوت سپس ی

دوش خرب بذج . ی

مز طسوت اهرون زا نی

ب , نی سر رون هدی رات تمسق زا کی

مسق و ت اشم رد هام نشور هده

ور رگ ی مز نی

ا توافت داجی م ی لکش(دنک ).1

نتسناد بات نیمز یم کمک

آ .درک هبساحم ار ودبلآ نازیم ناوتب ات دنک ودبل

ار ب تبسن زا نی تدش اه ی بات نیمز

و هام رون م ی درک هبساحم ناوت .

نعم هب ودبلآ ی

حطس زا رون باتزاب دصرد کی

داقم .تسا مسج ری

ا نی مک تی م ی دناوت ات رفص زا کی غت ریی پ ادی .دنک آ اب هاگ و دصرد اب هاگ ار ودبل

کی راشعا ددع ی

زا رتکچوک کی

م ناشن ی دنهد . یودبلآ مز ینی هزادنا زا گ یری اه ی ب بات نیمز ه

م تسد دیآ ی ملع فده . ی

بات نیمز پوکسلت

روآ عمج ی د اه هدا ارب ی هبساحم تدم ینلاوط ی آ

ودبل اب رقت بی ۰,۱ زهرپ بات نیمز پوکسلت .تسا % هنی

ن و تسی تروص هب آن ی سو قطانم ی ع ی

م ششوپ ار ی

دهد مه نچ نی اه پوکسلت یی

مز حطس رد هک نی

تحار هب دنراد رارق ی

معت ری لاک و هربی م ی دنوش هب . نیمه لد لی ت بات نیمز پوکسل

ا نی م مهارف ار ناکما ی

دنک هداد ات ب نامز رد ار اه یرتشی

مج ع آ رو ی نک می هراوهام تابساحم . بات نیمز پوکسلت و اه

ب گتس ی ضرف هب تای لدم و اه

ا ندوب مه رانک رد .دراد نی

م ود ی دناوت ضرف تای دنک دودحم ار و

براک رب هولاع ,میلقا و یسانشاوه رد نآ در

اپ یرادی ک لا نویساربی هراوهام

ار اه

امزآ دروم شی .دهد رارق

لوا نی ا هدی ارب ی رارقرب ی ب طابترا نی اوه و بآ و بات نیمز تلبماه نو ردناسکلا طسوت

(1

1850 - یو زا سپ .تسا هدش هیارا )1769 کنارف

رو

2ی لآ ودب ی مز نی رط زا ار قی هزادنا گ یری یاه جنس رون ی ئرم رون ی لاس رد ۱۹۱۵ عت نیی .درک اقآ ی

3لسار سک ی تابساحم هک دوب آ

زا ار ودبل

ور ی م ش رو تادها ی م ماجنا ی داد . رادقم وا تسد هب ینیمز ودبلآ یارب ار0.49

ا .دروآ نی خ رادقم یلی ز دای دوب اریز تا ب ع زاف ی و آ ودبل ی سدنه ی

تسرد کرد و دوب هتخانشان نامز نآ رد ی

زا .دوبن اهنآ

ناد

4نوج لاس زا ۱۹۲۵ ات ۱۹۵۰ هزادنا ار بات نیمز گ

یری .تسا هدرک وا

یجنس رون مان هب

ار هبرگ مشچ عارتخا

درک ا.

نی ب پوکسلت ه سو هلی کی

روشنم

، کی و تمسق ود هب ار هام زا سکع ای

دبت سکع ود لی

م ی و درک د زا هدافتسا اب

،مگارفای انشور یی ظنت ار سکع می

م ی درک هب . مه نی لد لی

انشور یی رات سکع رد هام نشور تمسق کی

رات تمسق هباشم ,رت کی

د سکع رد هام رگی

ا ربانب .دوب نی ظنت تامی د مگارفای م ی تسناوت هزادنا رد گ یری

مک ی انشور یی .دوش هدافتسا بات نیمز جنسرون

ناد نوج تدم ناسانشرتخا طسوت اه تفرگ رارق هدافتسا دروم

. دتم ناد نوج اپ هی ی ابم ثح

جنسرون ی رات تمسق تسناوت وا .دش کی

رد ار هام نشور و کی

اقم نامز هسی .دنک ریب گیب هورگ طسوت نونکا مه شور نیا هدش هداد هعسوت 5

[1]تسا . فورعم ریب گیب شور هب و هدش هداد هعسوت ریب گیب هورگ طسوت تسخن شور ود تسا لوادتم ودبلآ ی هبساحم یارب شور هس رضاح لاح رد شخب ندش عابشا راک نیا لیلد .دریگ یم تروص فلتخم یاه نامز رد هام نشور و کیرات یاه شخب زا یریگ هداد شور ود نیا رد .تسا کتسا شور هب شور نیموس .تسا لااب یهدرون یاه نامز رد هام نشور 6

شور نیا رد .دوش یم هتخانش ندرک ق

س رات و نشور تم کی

هب هام

وصت نامزمه تروص دربری

یرا م ی دوش . صت ا و ری هدش هتفرگ ،

ور ی دمه رگی رارق یم دریگ لمع و تای م نیگنای گ ،یری ماجنا یم دوش اربانب . نی ون مامت هف

ییاه رد هک کی رف کت می م رهاظ ی اب ،دوش م نیگنای گ یری فذح یم دوش .

1 Alexander von Humboldt

2 Frank very

3 Russle

4 Danjon

5 Big Bear

6 stack

4

کت نیا یارجا .دوش یم هتخانش دنول شور هب هک تسارجا لاح رد یرگید شور رضاح ی هژورپ رد شخب ود نامزمه یریگ هداد ناکما کین

دنول تلاح مان هب شور نیا .دنک یم نکمم ار نشور و کیرات .دوش یم یسررب ور شیپ یاه شخب رد و هدش یراذگ مان7

لاس رد بات نیمز پوکسلت ناجنز هاگشناد لحم رد نآ اب بسانم دبنگ رضاح لاح رد و هتفرگ رارق ام میت رایتخا رد1397

و هدش یحارط رد

.دراد ار هدش رکذ شور راهچ اب یرادرب هداد ناوت پوکسلت نیا .دشاب یم تخاس لاح

1لکش دیشروخ متسیس یسدنه لکش -

نیمز - احم یارب هام هبس

بات نیمز ی

- 2 بات نیمز پوکسلت

یراسکنا کیتابر پوکسلت بات نیمز

هناخدصر یراکمه اب یسانشاوه زکرم و دنول ی

لاس رد کرامناد 2006

زا ودبلآ تدمدنلب یریگ هداد یارب

لکش(تسا هدش هتخاس و یحارط هام کیرات و نشور یاه شخب ی هدهاشم قیرط تقد دنمزاین ودبلآ هبساحم رد رظن دروم تقد هب ندیسر .)2

کیرات شخب هب هام نشور شخب ییانشور تبسن اجنآ زا .دشاب یم اه زاسراکشآ و تازیهجت یلااب دودح

104

کیمانیاد یدج شلاچ .تسا ربارب

8 جنر .دنک یم هجاوم تیدودحم اب ار ودبلآ هبساحم ,ید یس یس دنب هنزور کی .دزاس یم نکمم ار هام شخب ود ییانشور تدش تبسن یریگ هزادنا ناکما هک تسا فلتخم درکلمع راهچ یاراد پوکسلت نیا 40

و و دراد رارق تسخن یسدع یولج رد یرتم یلیم هفیظ

هحفص ود هک تسا یسدع هس یاراد متسیس نیا .تسا یدورو رون رادقم نییعت نآ ی

ریوصت دنزاس یم ار9

جا فیان ریوصت هحفص نیتسخن رد . لکش.تسا هتفرگ رارق ید یس یس یمود رد و10

ششوپ نودب ار پوکسلت ریوصت3

دهد یم ناشن .[2]

7 Lund Mode

8 Dynamic range

9 Image plane

10 Knife edge

5

2لکش پوکسلت کیتپا حرط 3لکش

پوکسلت یلخاد یازجا

- 3 ودبلآ یریگ هزادنا

هبساحم یارب یزاف عبات دیاب ادتبا ودبلآ ی

.مینک هبساحم ار11

زاف عبات

،ی باتزاب تدش ی

عبات هک تسا کی

واز هی یزاف ی تسا . ا نی واز هی طسوت

رون تدش یدورف هب هنی م ی دوش اربانب .

=1نی f0

. اب دی نادب می باتزاب رون روطچ هک ی

مز نی س هسدنه اب هام و متسی

شروخ

،دی مز

،نی غت هام ریی م ی دنک .

شروخ رون باتزاب دی

لک باتزاب .تسا رگناسمهان ی

اب غت تاریی زا یدایز دادعت حوطس

، م هتخاس ی دوش و مادک ره هک یگژی

اه ی باتزاب ی .دنراد ار دوخ

هدهاشم اهرگ ی بات نیمز

، قم رد ار باتزاب سای

اه ی هزادنا گرزب گ

یری م ی دننک تن رد و هجی م نیگنای رد ار توافتم حوطس کی

قم ی گرزب سا

م ی دنهد ا هب . نی ترت بی و یگژی ت صاخ رصانع رگناسمهان حیحص

م ی دوش لک روطب و ی مز باتزاب نی م ی دناوت م .دوش ضرف رگناسمه ی

میناوت رف ض

نک می مز هک نی کی تربملا هرک ماک12

ا .تسا ل نی رف ض ا هباشم تسا نی حطس دوش هتفگ هک

، تسا رگناسمه و

زاف عبات ی هطبار اب تربملا 1 (

)

ب نای م ی .دوش

𝑓_𝑙(𝛽) =(𝜋 − |𝛽|) cos 𝛽 + sin 𝛽

𝜋 (1)

نآ رد هک .تسا نیمز یزاف هیواز 𝛽

نامز ی و هک یگژی اه ی حطس ی تسا هتخانشان

، هرک ی لا م رقت ترب بی بوخ ی ا اما .تسا نی رقت بی مه هشی ب ه

من راک ی دیآ

ًلاثم . اهربا ی قا مارآ

،سونای شروخ رون دی آ دننام ار هنی م باتزاب ی دننک .

رد خدصر ا هن

، هبل تدش اه ی اقم هام هسی م ی دوش رات تمسق .

،کی م ار هام رون تدش نشور تمسق و بات نیمز تدش ی

دهد حلام . اظ سدنه ت ی

م ناشن ی دهد هک آ هطبار زا ودبل 2(

) م تسدب ی .دیآ

11 Phase function

12 Lambert sphere

6 𝐴_𝑒𝑓𝑓 =3

2 1

𝑓_𝑙(𝛽)(𝑅_𝑒𝑚

𝑅_𝑒 ) (𝑅_𝑜𝑎

𝑅_𝑜𝑏) (𝑅_𝑒𝑠

𝑅_𝑚𝑠) 𝑃_𝑏𝑓_𝑏(𝜃) 𝑃_𝑎𝑓_𝑎(𝜃₀₎

𝐼_𝑎 𝐼_𝑏 (2)

نآ رد هک Fx

تمسق یزاف عبات ,

هیواز ردx ,هطوبرم ی Px

تمسق یسدنه یودبلآ ,x

Rx

ای Rxy

عاعش هلصاف ایx نیب ی وx ,y هک هام زا یتمسقa

هب طوبرم بات نیمز ,تسا

و تسا هام رون هب طوبرم هک هام زا یتمسقb θ0

هیواز نیب ی بات نیمز باتزاب و

بات نیمز زا

م .تسا هناخدصر هب ها

هطبار نیا م ناشن

ی ,دهد ندروآ تسدب آ

تدش زا ودبل اه

ی هدش هبساحم ی

مز شبات نی هام رون و

، ن دنمزای هسدنه شناد ی

س ی متس و و یگژی یاه

س باتزاب حط هام رد روم قطانم رظن د

نآ .تسا

- 4 پوکسلت درکلمع یاه تلاح

1 4- تلاح -

BBSO

لوا نی لمع تلاح یتای ارب هک ی دش هدافتسا بات نیمز هژورپ

، تلاح مBBSO ی .دشاب یا مان ن راذگ ی ا تسا نی ا هک نی مع تلاح ل ،یتای ارب ی لوا نی

با ر رد ر ص هناخد ریب گیب ی .دش ماجنا

ا هب راک شور نی

ب هک تسا لکش ع

هدهاشم زا د ی

هام نشور تمسق

، ا نی ن طسوت تمسق هدناشوپ جا فیا

م ی ولج ات دوش ی

زا لصاح رون تمسق

فرگ هام نشور ت

تن رد .دوش ه هجی

وصت ود ری هت هی تمسق زا هدش اه

ی روص هب هام فلتخم هتفرگ نامزمه ت

وصت رد تسا نکمم .تسا هدشن ری

هت هی توافت هدش اه

یی غت .دوش هدهاشم تاریی

رس عی اه رگسح رد ی

غت و پوکسلت تاریی

مسآ رد م نا ی دناوت

لد لی ا نی توافت دشاب اه .[3]

-2 -4 تلاح

Modi f i ed BBSO

ا درکلمع نی تلاح هباشم تلاح یلبق

ا اب تسا نی هدهاشم ماگنه هک توافت ی

ف زا هدافتسا اب هام نشور تسق رتلی

13یثنخ

، وصت ری رترون مک ار هام

م ی مینک تن رد . هجی هدهاشم نامز ی

نلاوط نکمم ی

ت م ر ی دوش هدهاشم و ی هام

، ب تقد یرتشی د دهاوخ ا .تش هب لد لی نآ ا رد هک نی ن تلاح زی

تلاح دننامه یلبق

وصت ری .دوش یمن هتفرگ نامزمه تروص هب هام نشور و کیرات شخب ود

-3 -4 تلاح

Co - Add

ا رد نی ق تلاح س رات و نشور تم کی

وصت نامزمه تروص هب هام یرادربری

م ی دوش صت . ا و ری رد نامز اه ی م هتفرگ هاتوک ی

دوش واصت . ری هدش هتفرگ

بع لمع زا د تای وصت یرادربری اب دی طخ مه .دنوش14

ا رد نی نکت زا تلاح کی

م هدافتسا ندرک کتسا ی

مینک ات واصت ری ب حوضو یرتشی .دشاب هتشاد

صت سپس ا و ری هدش هتفرگ ،

ور ی رگیدمه رارق یم دریگ لمع و تای م نیگنای گ ،یری ماجنا یم دوش اربانب . نی مامت هفون اه یی رد هک کی رف کت می رهاظ

م ی اب ،دوش م نیگنای گ یری فذح یم دوش .

م راظتنا ی دور ا هک نی ارب شور ی تلاح مامت اه

ی دزن کی ا رد هک ارچ .دشاب بسانم ون هام نی

عقوم تی تلاح رد بات نیمز ح

کاد ث قتسم رون و ر می

ا رد .دراد رارق لقادح تلاح رد هام نی

شان تلاکشم تلاح ی

زا غت تاریی سح اهرگ ی رادن ار نامسآ و پوکسلت می

ز . اری صت ا و ری کیرات یاه شخب

هام نشور و رد

کی هب نامز ید یس یس م

ی دنسر . لات کی ریثات تحت و نامزمه ار اه هداد دهد یم ناکما ام هب یگژیو نیا .مینک تبث وج مط

13 Neutral-density filter

14align

7

-4 -4 دنول تلاح

ا رد نی تلاح KEDFs15

وربور ی نشور تمسق هام

م رارق ی دریگ ات ریداقم ا . دنشاب هباشم بات نیمز و هام رون زا لصاح تدش نی

هزاجا شور ی

وصت ری رادرب ی هزاب رد نامزمه ی

نامز ی نلاوط ی رت ی م ار ی دهد . ا رد نی تلاح یلبق تلاح دننامه مه شان تلاکشم

ی غت زا تاریی اهرگسح ی

رادن ار نامسآ و پوکسلت می

ز . هک اری صت ا و م نشور و کیرات شخب ود ری ها

رد کی هب نامز ید یس یس م

ی دنسر رد . تلاح نیا ا

نی زئاح هتکن

مها تی هک تسا یتخاونکی اضف

KEDFsیی زجت و هی لحت لی .دوش

- 5 هجیتن

زا سپ لاس کی تدم یارب پوکس لت نیا .تس ا ناجنز هاگش ناد لحم رد دبنگ تخاس لاح رد ناریا بات نیمز میت رضاح لاح رد ن

نیا رد بص

د .دوش یم لقتنم شگرگ هلق رد ناریا یلم هناخ دص ر ینونک لحم هب یتامدقم یاه یریگ هداد ماجنا زا سپ و دنام یم لحم تدم نیا لوط ر

زا هددافتسا ناکما تقد اب ودبلآ هبساحم ام ییاهن فده .دراد دوجو پوکسلت درکلمع تلاح راهچ

ح زا هدافتسا اب %0.1 .تسا دنول تلا

عجارم

[1] J. Qiu, P.R. Goode, “Earthshine and the Earth’s albedo” JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH.

November 2003

[2] A. Darudi. M. Owner-Petersen. P. Thejll, “The Robotic Earthshine Telescope”, Proc. of SPIE Vol. 7733,

E. Palle, P.R. Goode, “The Lunar Terrestrial Observatory: Observing the Earth using photometers on the Moon’s surface”., Advances in Space Research, Volume 43, 2009.

15Knife edge density filter