長距離観測
遠距離観測の典型的な例。ポーランド南東部のウィサ・グラから、約200km（120マイル）の距離にあるタトラ山脈を望む。

遠距離観測とは、観光や写真撮影を目的とした、遠距離からでも近くで見ることができる可能性のあるすべての物体を対象とする視覚観測 です。遠距離観測では以下のものを観測できません。

長距離上空観測の一例。コルカタ上空から522 km の距離で見たカンチェンジュンガ[ 1 ]

長距離観測の種類

観測者と観測される遠距離物体の位置に関しては、[ 2 ]遠距離観測を以下の種類に分けることができます。[ 3 ]

  • 地上間
  • 地対空
  • 空中

主な基準は、観測者が地球の表面または地面にしっかりと統合された物体と統合されていることです。

地上間

地上からの長距離観測は、地球の地形や自然表面の特徴（例：山岳、窪地、岩石層、植生）に加え、観測者から通常の肉眼距離よりも遠くに位置する、地球表面にしっかりと固定された人工構造物（例：建物、橋、道路）も対象とします。これらの対象物は自然物または人工物です。[ 4 ] 自然物とは：

観測地点から約140～180km離れた低タトラ山脈（スロバキアのヴィホルラト山脈）の眺め
315kmの距離から見えるモンテ・ヴィーゾ山
  • 山脈、山頂、丘陵
  • 岩の突起
  • その他（例：高い木々や山を覆う森林）

人工的なものは以下のとおりです。

  • 地形の変化によって生成されるもの（例：貯水池、ゴミ捨て場、投棄場、露天掘り鉱山）
  • 建設および通信関連（例：通信送信機、テレビ塔、煙突発電所、橋梁、高層ビル）

地上から空中へ

地上にいる観測者は、下層大気圏内に見えるいくつかの遠くの物体、つまり地元の地平線のすぐ上を通過する遠くの飛行機を観測することができます。

空中

このタイプの遠距離観測とは、観測者または撮影装置が観測時に地上と一体化していない状況を指します。この場合、観測は以下の場所から行うことができます。

航空観測には、すでに地球の大気圏にある他の物体も含まれる場合があります。

長距離観測の主な側面

地形

  • オブジェクトのサイズと特徴
  • オブジェクトの位置
  • 視線に沿った地形

オブジェクトのサイズと特徴

他のものと見た目が異なる物体は、認識しやすく、検出しやすいものです。これは、頂上に岩の突起がいくつかある山を指します。隣接する山よりも目立つ山にも同じことが当てはまります。山とは異なり、工業用地やインフラ施設などの物体は通常、はるかに細長いため、その角度の広さのために、気づかれにくく、写真に撮るのが難しくなります。

オブジェクトの位置

観測対象の位置は、たとえわずかな距離からでも見えるか見えないかを決定する上で重要な役割を果たします。最もよく見えるのは、独立した山々、または山脈から孤立した山脈で、相対的な高度に関わらず、山脈から孤立しています。同様に、孤立した山々、産業用通信施設、インフラ施設なども、通常、周囲よりも高いため、この範囲から見ることができます。通信送信機は山々の構成要素となっていることが多く、他のものと容易に区別できます。

視線に沿った地形

目立つ天体が、観測者と天体との中間に位置する別の天体によって隠されることがあります。これは通常、巨大で平行な山脈の内部で発生します。このような山脈では、高度が似ている多くの峰が、理論上は見えるはずの遠くの山脈の一部を遮ります。反対の状況は、広大な平野、低地、または大きな水域が遠くの巨大な山脈を隔てている場合に発生します。可能な限り遠くから物体を見て捉えるのに最も有利な状況は、南米で達成された現在の世界記録がその好例です。[ 5 ]低地によって互いに隔てられた両方の山脈は、このように遠くから見えるほど十分に高くなければなりません。地球上でこれと同等かそれ以上の結果が得られるのは、ほんの数か所だけです。[ 6 ]

天文学的な

長距離観測の条件を決定する最も重要な天文学的要因は次のとおりです。

  • 太陽の日周位置
  • 月光の存在
  • 日の出と日の入りの方位角の季節変動
  • 月の出と月の入りの際の方位角の範囲を変更します
  • 珍しい現象

太陽の日周位置

これは最も明白な天文学的要因であり、主な光源が霞や視覚的な物体の外観における光の散乱条件を形作ります。

天体が太陽とほぼ方位角にある場合、観測条件は最も悪くなります。太陽からの光が、近傍に集中するヘイズを散乱させるため、太陽方位角は白っぽく見え、観測対象の表面からの反射光が遮られます。

キャニオンランズ国立公園から望む景色。太陽の角度が徐々に変化していく様子が、その景観にどのような影響を与えているかが分かります。各画像の空気質は同じです。1、2は日の出直後の風景、3、4は正午頃の風景です。太陽までの角度距離が最も大きくなり、視界が最も良好になります（Malm, 2016）。

一方、太陽は空を移動し、観測対象物に対する位置を変化させます。また、観測対象物のコントラストの変化も反映します。

太陽の方位角は常に地平線からの角度と一致します。太陽が高く輝くほど、観測者に向かって大気によって散乱される光の量は少なくなります。さらに、景色はより多くの光を反射するため、より多くの画像形成情報（景色からの反射光子）が人間の目に届きます。まるで別世界のようですが、コントラストのディテールと風景が強調されます。[ 7 ]

具体的な状況は、太陽が地平線に沈む薄暮時に発生します。これは、大気中で光の散乱が始まる瞬間です。大気の影の部分では、二次散乱が起こります。薄暮が進むにつれて、大気中のエアロゾルのほとんどは、波長が長くなるにつれて消散係数が小さくなります。[ 8 ]

月光の存在

月の光は太陽光と似た役割を果たしますが、その光は太陽光の約 50 万倍も暗いです。[ 9 ]そのため、適切な観察を行うには長時間露光の撮影が必要になります。満月の条件は、昼間の場合とほぼ同じです。月は太陽以外で唯一の重要な自然光源であり、シーンの視認性に重大な影響を与える可能性があります。他のすべての天体の光源は、優れた暗い空の場所と高度な長時間露光の撮影技術を組み合わせた場合を除いて、夜間の視認性を改善するには弱すぎます。また、月は毎月の周期で地球の周りを公転しているため、月光は断続的にしか利用できず、日によって異なります。[ 10 ]具体的には、太陽が沈むか昇ろうとしている空の反対側で、夕暮れ時に月が地平線より低い位置で輝くときに、不利な条件が発生します。前方散乱により、太陽の反対側の方向（地球の影の内側）にある遠く​​の物体を見つけるのが難しくなります。地球の大気の陰影と比較的強い月光の組み合わせにより、空と遠景のコントラストは平坦になります。実際には、わずかに知覚できる程度の差はより近くなり、この方向への視認範囲は狭まります。

日の出と日の入りの方位角の季節変動

地球の地軸 の傾きは年ごとに変化するため、日の出・日の入りの方位角の範囲もそれに応じて変化します。基本的に、方位角の変化は毎日起こりますが、夏至・冬至の前後の期間はほとんど目立ちません。方位角の変化が最も急激なのは、春分・秋分点頃です。

ポーランドのウェンキ・ストシジョフスキエから見た、ハイ・タトラ山脈に沈む夕日。太陽の縁の先端にある緑色の縁もご覧ください（下の写真）。

太陽の方位角の季節的な変化は、薄明の光の方位角のシフトを伴います。特定の日の太陽の方位角を大まかに知っておくことで、通常、太陽の円盤上に浮かび上がる遠くの山を捉えることができます。これは、捉えた物体が見えない場合の霞がかった日に特に有益です。[ 10 ]太陽が霞で完全に遮られている場合は、まれにしか起こりません。この状況は、主に霧がかかった状態またはスモッグで確認されます。晴れた日には、地平線に見える太陽の円盤は周囲の空よりもはるかに明るく、観察する物体が小さすぎる場合（電話の送信機など）、フィルターや絞りの狭い絞りでの短時間露出が不可欠な場合があります。薄明の光の方位角の年間の変化は、地平線の特定の部分と太陽にまだ照らされている空との間のコントラストの強調を決定します。日没後の北半球について考えると、冬季は南西と西の地平線上にある物体の観測に適していますが、夏至の頃は、北西の地平線が最もよく見え、さらに緯度によっては白夜が発生する北半球の地平線も良く見えます。

月の出と月の入りの際の方位角の範囲を変更します

太陽と同様に、月は地球上の遠く離れた物体を超えて昇ったり沈んだりすることがあります。主な違いは明るさにあり、[ 11 ]地平線上の地球の厚い大気に関して重要な役割を果たしています。大気が十分に澄んでいないと、月光はそれを突き抜けることができず、天文的な日没前であっても月は見えません。さらに、月の歳差運動により、 18.9年ごとに月の静止期間が発生します。これは、ある程度、太陽至と類似しています。月の軌道は平均5.15°の傾斜を持っているため、昇りと沈みの方位角がより多様になります。月の主要な静止の間、これらの方位角の範囲は太陽の方位角よりも約10.3°広くなり、赤緯は± 28.6°になります。[ 12 ] 実際には、月の出や月の入りは、日の出や日の入りで観測される方位角の極限範囲よりもはるか南または北に位置する天体の上空で起こることがあります。夜間の遠距離観測にわずかに影響を及ぼすもう一つの特徴は、月の薄明です。これは主に遠方の天体の前方にある高層の雲で観測されます。[ 13 ]

珍しい現象

これは、遠く離れた天体の観測を容易にする天体現象のグループですが、稀にしか発生せず、場合によっては極めて稀です。発生時期や場所が限定されています。

  • 皆既日食– 視界の広がりが広がり、霞がかかった状況でも遠くの山々が見えるようになります。[ 14 ] [ 15 ]しかし、この広がりは本影の端までに限られます。実際には、これは観測者が月の影の直径よりも遠くにある物体を見ることができないことを意味します。日食の配置も重要です。日の出や日の入りの近く、あるいは地平線の下で発生すると、月の影は空の片側から反対側まで非常に長くなります。影になっている空の部分は、遠くの地平線とのコントラストを自動的に低下させ、区別を困難にします。
2017年8月21日の皆既日食前と皆既日食中のアウルクリーク山脈の様子。視界全体が月の影の中に入ったことで、視界が大幅に改善されました。[ 16 ]
  • 流星– 流星の出現時間は非常に短いですが、月光よりも明るい光を発することがあります。非常に稀なため、遠方からの観測は確認されていません。
  • ロケットの飛行機雲も非常に稀です。観測者が発射地点から十分離れている場合、この種の飛行機雲は夜明けよりもずっと早く地平線のすぐ上に現れ、暗い遠方の天体のコントラストを局所的に向上させます。
  • 惑星暦– 非常に稀ですが、木星[ 13 ]や金星などの惑星が、遠くの目立つ天体や建造物の上に昇ったり沈んだりすることがあります。このような観測は、大きなズームと長時間露光の組み合わせで撮影する必要があるため、非常に困難です。
  • 夜光雲は初夏にのみ発生します。その明るさのため、遠くの物体が暗闇に沈む際に、大きなコントラスト差を生み出すことがあります。大気の消光を抑える澄んだ空気塊の条件下でのみ発生する可能性があります。このような現象が稀なのは、夜光雲と異常に晴れた天候が同時に発生するためです。

気象

  • 気団の影響
  • 特定の気団内の様々な気象条件
  • 空気塊力学
  • ヘイズ濃度

ヘイズ濃度

大気中のヘイズの程度は、主にその影響で目に見える空の色です。研究によると、空の青さはエアロゾルの密度によって大きく変化します。最も澄んだ状態、つまり逆転層または惑星境界層の上の「自由大気」では、空は濃い青色ですが、ヘイズ層内では淡い青色や青白色に見えます。[ 17 ]惑星境界層では最短1時間、自由対流圏では約1週間と変化します。[ 18 ]これは、ある時点で、日中の視程の変化、つまり湿度の変化のペースを決定します。相対湿度はエアロゾル粒子の形状を大きく左右し、最終的には散乱特性に影響を与えます。例えば、湿度の高い環境では、エアロゾル粒子が規則的な形状をしているため、光散乱がより効果的です。 乾燥した環境では、エアロゾルの形状は風によって決まり、長時間浮遊した状態を保ちます。[ 19 ]

光学

  • 光の散乱
  • 風景（オブジェクト）の特徴
  • 遠くの地平線の青さ
  • 入射角における光の反射
  • 光害
  • 遠くのスポットライト

光の散乱

ヘイズの濃度と景観の劣化
濃い霞や水滴によって引き起こされる視界障害 (atmo.arizona.edu)。

光の散乱は、遠方の地物の視認性において重要な役割を果たします。すべては、主光源の存在、観測者と遠方の地物との間の大気の透明度、および何らかの物体や雲からの光の反射に依存する光散乱の局所的なパターンという、3 つの主な要因によって決まります。大気中のエアロゾル汚染の程度に関係なく、私たちは常に 2 つの主要な光散乱の種類を挙げています。- 前方散乱– 主光源からの角度距離が 90° 未満の場合に典型的です。- 後方散乱– 主光源から 90° を超える角度距離で発生します。 日中の条件では、後方散乱は前方散乱ほど視認性を低下させないため、太陽と反対方向にある遠方の物体はよりよく見えます。

曇り空の下の視界
曇り空の下では、エアロゾルと空気分子による光の散乱レベルが最も低いため、観測者と遠方の地物との間の視認性は最も良好です。

Quite the opposite situation occurs at twilight when twilight wedge becomes visible. At this moment the distant objects located in opposition to the solar azimuth are less visible due to vanishing contrast between the sky and ground, which loses its luminance quickly.[20] The effect of light scattering depends on the size of the particles, whereas the weakest is typical for near-Rayleigh conditions and the strongest for dese haze particles suspended in the atmosphere. The substantial presence of aerosols in the Earth's atmosphere, especially within the Planetary boundary layer degrades the scene significantly. This phenomenon tends to produce a distinctive gray hue, which affects atmospheric transparency.[21] Light from the atmosphere and light reflected from an object is absorbed and scattered by aerosol particles leading to significant deterioration of visibility. This regularity applies to the clear day when the sky is free of clouds. It happens very often, that cloudiness occurs. Clouds block the direct sunlight decreasing the light scattering at once. Thus the visual range is extended. The presence of clouds results in nonuniform solar illumination across the line of sight and inhomogeneous irradiance of the atmosphere at once. Thick clouds determine a perfect light diffusion, which is next radiated uniformly in all directions.[22] Considering the viewing line between the observer and the distant object, the illuminated aerosols directly by the Sun scatter light more efficiently on the contrary to shaded aerosols. For the observers, the best situation occurs when the cloud cover stretches between their observation place and remote objects. However, the sky beyond these objects remains clear and bright. In turn, the contrast between the shaded distant feature and the bright sky beyond is the best, giving the highest chance to see this object. On the other hand, is fairly not possible to detect any details of object texture, as it remains completely shaded.

Landscape (object) features

遠くに見える雪を頂いた山々
An example of snow-capped mountains visible from about 200 km distance under clear atmospheric conditions (credits: Shukaj Vitalij)

あらゆる風景の特徴は、独自の色、質感、形、明るさを持っています。[ 7 ] 遠くから認識する最も簡単な特徴は間違いなく形です。山は、ドーム、ビーコン、ビュート、または険しい物体（三角形、突起など）として機能します。遠くの物体を認識するのに役立つ2つ目の要素は、色と質感です。山の場合、特に森林に覆われていない場合は、積雪の有無により、その構造が毎年（夏から冬へ）変化するのを見ることができます。風景の色のパターンは、明るさとともにあります。明るさにより、物体が背景に対して多かれ少なかれ見えやすくなります。物体の表面が明るいほど、光はより効果的に反射されます。これにより、この物体からの反射ビームが強くなり、遠くの観察者に届きやすくなります。物体の照度は散乱係数に影響します。さらに、人工的な光の放出または反射に起因する物体の人為的特徴を考慮に入れることができます。一部の高層ビルは太陽光を完全に反射し、遠くから見える輝きを生み出します。一方、夜間に物体が光る場合は、通常よりもはるかに遠くまで見えることもあります。

入射角における光の反射

ここで重要な要素は入射面です。これは、表面に入射する光線と、入射点における表面への垂線との間の角度です。実際的な意味では、入射角は常に反射角に等しくなります。光源が地平線より低い位置にある場合、光線は表面とほぼ平行になり、斜入射が生じます。結果として、観測者はまさに入射面で表面の反射光線を見ることができます。この入射面によって太陽の輝きの外観が決まり、その正確なパターンは観測者の正確な位置によって決まります。それは小さな鏡のように多数の太陽で構成されており、完全に滑らかな表面は 1 つの輝きしか持たない可能性があります。これらの輝きはむしろ楕円形で、アスペクト比は観測者の高度によって異なります。[ 23 ]明るい光源が地平線より上に位置する低い位置にあればあるほど、光の反射率の値も高くなり、光源が地平線より上に位置する低い位置になるほど、徐々に高くなる。緯度は地平線上の太陽の高度に影響を与えるため、高度が高いほど光の浸透は常に少なくなる。[ 24 ]水面における光の反射は拡散特性を持ち、つまり入射角が直線にならない。その境界は通常非常にぼやけており、主要な線から離れるにつれて個々の輝きが緩やかに減少する。光の反射の各線の終わりに、観察者はコントラスト トライアングルと呼ばれる地平線が突然暗くなることに気づくことができ、これによって視程閾値を少し超えることがある。[ 25 ] 入射角における光の反射は、直接光源だけでなく雲や空のように散乱した光源など、さまざまな他の光源にも当てはまる。そのため、滑らかな水面には鏡のように見える。水面に反射する散乱光の役割は大きく、特に太陽方位の薄暮時には顕著です。これにより、照らされた空と影に覆われた遠景との間に大きなコントラストが生じます。類似した現象ですが、通常は短時間で消えてしまうのが「グリント」です。グリントは光が反射する瞬間にしか見えませんが、光の強さから200kmほど離れた場所からでも見ることができます。

長距離観測用ヘイズデッキ
霞や雲層の上にある遠方の地形の視認性は、霞、地平線のすぐ上の空、そして影になっている地形自体から反射された光によって生じるコントラストの違いによって向上します。

類似の現象が雲や霞にも当てはまります。ここでの共通点は、光の表面が反射または散乱される媒体の違いだけです。説明した効果は、入射角付近の光の反射または散乱がより密度の高い媒体で起こる場所であればどこでも起こる可能性があります。この密度の高い媒体は、逆転層内に閉じ込められた霞である可能性があり、これはいくぶん普通の水面のままです。霞を含む空気体のさまざまな物理的状態のため、光の分布方法は大きく異なります。霞層では太陽光線が小さな粒子に分割されるため、反射角がはるかに広くなります。同じ状況が逆転層の上部を示す雲頂にも当てはまります。雲頂は露点に達した領域を示し、露点によって光の反射が大幅に増加します。霞または雲層より上に位置する観測者は、逆転層（雲または霞）、物体、そしてその先の照らされた大気からの3つの主要な明るさのレベルを効果的に見ることができます。これらの状況は積雪によって変化する可能性があり、森林でない限り、遠方の地物表面のアルベドが大きく変化します。太陽の真下にある遠方の天体のアルベドが高いため、コントラストが平坦になり、観測者にとって見えにくくなります。一方、冬季、太陽が低い位置にある山々は、通常は日陰になります。そのため、アルベドはここではあまり影響しません。

幾何学的

  • 地球の曲率
  • 地球の屈折

必須ツール

長距離観測の計画には、目的地のエリアを調べることがしばしば必要になる。観測者は遠くの対象物を現地で見ることはできるが、適切な道具がなければそれらを適切に識別することはできない。伝統的な観光地図は、特にその主な目的からすると、この目的には不十分かもしれない。ハイキング観光用の地図は明らかに幅広く、山頂、峠、谷の名前が豊富に記載されており[ 26 ]、起伏が詳細に表現されているため、険しい地形でも優れた方向感覚をもたらす[ 27 ] 。こうした地図の大部分は大縮尺で、遠くの対象物の位置が観光地図からはるか外れているため、識別には実用的ではない。これらの遠くのシルエットを適切に認識するには、観測者は少なくともこのような地図が数枚必要である。さらに、手作業による対象物の識別は、通常時間がかかり、事前に高度な地形の知識を得ていなければ、現地で行うことすら不可能である。

インターネットの普及により、この方法はもはや使われなくなり、小規模な地域や山岳ガイドコースでのみ時折使用されるようになりました。その代わりに、観察者は、少なくとも市販のツールをいくつか使用することで、目的地に向かう前に自宅で関連調査を行うことができます。

オープンソースのWebベースアプリケーション

ウルリッヒ・ドイシュレのパノラマジェネレーターは、地上と飛行中の両方の観測地点から遠くの地平線[ 28 ]を調査するのに最適なツールのようです。このアプリケーションは、屈折係数を考慮して遠くの地平線をレンダリングし、指定された場所[ 29 ]から世界中の最大推定視界距離をユーザーに提供します 。

Peakfinder [ 30 ] - OpenStreetapから複製された山岳データベースで地球全体をカバーしている、もう一つの便利なアプリケーションです。例えば、遠くの風景の背後に沈む夕日を撮影するのに非常に便利です。 [ 31 ]

Heywhatsthat [ 32 ] - クエリベースのツールで、「パノラマ」と呼ばれる指定された場所からの可視クローク範囲をレンダリングします。大気屈折解析も利用可能です。

デスクトップソフトウェア

QGIS可視解析[ 33 ] - 高度なアプローチ。デジタル標高モデルファイルのダウンロードが必要ですが、地形や潜在的な土地被覆を含む高度な結果が得られます。

Google Earth -視野（FOV）機能を追加することで、実際の屋外条件で遠くの地平線の景色をシミュレートできます。 [ 34 ]さらに、 Google Sketchupアプリケーションで以前に作成され、 Google Earthに読み込まれた3Dレイヤーやその他の人工構造物も含まれています。

overlayaz [ 35 ] - 長距離観測専用のオープンソースアプリケーションで、写真内の物体の識別に役立ち、正確な距離測定（GeographicLib [ 36 ]を使用）を提供し、オーバーレイ付きの出力画像を作成します。

その他の情報源

Viewfinderpanoramas [ 37 ] - 世界中のいくつかの山頂からの多数のパノラマビューを紹介する静的ウェブサイト。

The View Shed [ 38 ] - 世界中の山頂、スカイライン、その他の現象の景色を閲覧したり投稿したりするためのプラットフォーム。

航空記録

地上対地上の世界記録

現在、最も遠い風景写真の世界記録は以下のように分けられます。

その他の視線:

イギリス諸島で最も長い視線はスノードンからメリックまでの232kmです。これは2015年にクリス・ウィリアムズによって撮影されました。[ 44 ]

アメリカ国内で撮影された最も長い視線は、サンフォード山からデナリまでの距離370kmである。[ 45 ]

その他の遠距離写真は次のとおりです。

参考文献

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