¿Por qué el cielo de la luna es siempre oscuro comparado con el cielo de la tierra, no tiene día y noche como la tierra?
La luna tiene una noche y un día, pero esto no está tan relacionado con tu pregunta como podrías pensar.
La luna es tidally locked con la tierra, lo que significa que el mismo lado siempre mira hacia la tierra. Dado que la Luna también orbita alrededor de la Tierra (con un período de un mes lunar), esto significa que cada lado cambia, en el transcurso de un mes lunar, entre estar orientado hacia el Sol y estar orientado hacia otro lado. Esta es la causa de las fases de la Luna y también describe el ciclo día/noche de la Luna: la Luna llena es cuando la cara que podemos ver está orientada hacia el Sol, es decir, es "de día", y la Luna nueva es cuando la cara que podemos ver está orientada en dirección opuesta al Sol, es decir, es "de noche". Así que la luna tiene noche y día, pero un ciclo noche/día dura un mes lunar.
Sin embargo, esto no responde a tu pregunta de por qué el cielo siempre está oscuro cuando se mira desde la Luna, incluso cuando el Sol está por encima del horizonte.
La razón por la que el cielo parece brillante en la Tierra es que, incluso cuando no hay nubes, la atmósfera dispersa la luz solar, lo que significa que sólo alrededor del 75% de la luz solar que llega al suelo parece proceder del sol, mientras que el resto procede de todo el cielo brillante. A esto se le llama Dispersión Rayleigh y es la razón por la que el cielo aparece azul.
La Luna no tiene una atmósfera apreciable para realizar esta dispersión, por lo que el cielo aparece oscuro.
"el mismo lado siempre mira a la tierra [...] el lado que mira a la tierra cambia". ¿Quería decir que el lado que mira a la sol ¿cambios?
@Saposhiente: La frase es fácticamente correcta tal y como está escrita. No es "el lado que mira hacia la tierra cambia", es "el lado que mira hacia la tierra cambia [...] entre mirar hacia el sol y mirar hacia otro lado."
@ruakh Ya veo. Creo que sería más claro afirmar que "cada lado cambia [entre ...]" que hace una afirmación precisa más amplia y es más distante gramaticalmente de la afirmación anterior.
Con la atmósfera de la luna en $10^{14}$ veces menos densa que la de la Tierra, es insignificante dispersión Así, mientras que en la Tierra aproximadamente el 25% de la radiación solar directa se dispersa (lo que hace que el cielo se ilumine y aparezca azul), en la Luna no existe este mecanismo y toda la luz del Sol viaja (esencialmente) inalterada hasta la superficie.
Además de la falta de atmósfera (la razón principal, ya tratada en otras respuestas), algo que agrava aún más el efecto es que la superficie lunar es bastante reflectante, y como las personas que toman las imágenes de las superficies lunares a menudo quieren que la Tierra y/o los astronautas aparezcan en las tomas y también poder distinguir detalles en la toma y una superficie iluminada, está reflejando la luz tanto del sol como de la Tierra.
El brillo relativo de la superficie hace que los sensores de imagen/ajustes de apertura de la cámara tengan que restringir la cantidad de sensibilidad (ISO) o la duración de la exposición (apertura), lo que hace que la luna, ya sin atmósfera, parezca estar rodeada de oscuridad, cuando parte de lo que se ve es una compensación por la superficie bastante brillante en relación con lo que estamos acostumbrados en la Tierra.
Nota: he buscado durante un rato una imagen de la superficie lunar "de noche", donde presumiblemente se verían estrellas de fondo, pero no he encontrado ninguna. ¿No disponemos de imágenes de este tipo? ¿Existe alguna limitación debida a las temperaturas y a las cámaras que impida tomarlas tal vez?
No creo que nadie haya estado nunca de noche en la superficie lunar. Aunque no estoy seguro.
¿Cómo de reflectante es la superficie (por ejemplo, en términos relativos en comparación con un desierto en la Tierra)?
El espacio es mayoritariamente negro, porque la mayor parte del espacio no tiene luz que provenga de él para que puedas verlo.
La Luna, al ser básicamente una gran roca, no cambia esta situación: Es de esperar que estar sobre una roca no afecte a lo que se ve.
La Tierra tiene un cielo inusual porque tiene atmósfera. La atmósfera es un montón de gas que cambia la dirección y el color de la luz al dispersarla. En efecto, no sólo ves la luz que viene del sol hacia ti, sino también la luz que normalmente no te habría llegado (y que tú no habrías visto) y que ha sido desviada hacia ti por alguna molécula de gas de la atmósfera.
Me gustaría extenderme aquí sobre los mecanismos de dispersión. La luz es dispersada por partículas del aire que actúan como dipolos y oscilan debido a la frecuencia electromagnética de la luz. Los dipolos oscilantes pueden emitir una frecuencia diferente. Existen dos mecanismos de dispersión.
Como puedes ver aquí, ¡Sol desde el espacio se ve blanco!
(fuente: <a href="http://solar-center.stanford.edu/SID/activities/images/sunearthpanel_sts129.jpg" rel="nofollow noreferrer">stanford.edu </a>)
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