Sự khác nhau về kích thước do quang học
Kích thước biểu kiến của một vật thể phụ thuộc vào hai yếu tố. Đó là kích thước thật của vật thể và độ lớn của góc bạn nhìn nó. Khi xét các vật thể có kích thước thật bằng nhau hoặc cùng một vật thể ở vị trí khác nhau thì yếu tố quyết định là độ lớn của góc. Độ lớn này có thể phụ thuộc vào khoảng cách hoặc hiệu ứng quang học. Sự thay đổi độ lớn biểu kiến do khoảng cách là điều ai cũng biết: Ngôi nhà ở gần bạn sẽ thấy lớn hơn khi nó ở xa bởi góc nhìn lớn hơn.
Thông thường không ai thấy mâu thuẫn về việc này bởi mắt của chúng ta cho phép cảm nhận được không gian 3 chiều, cộng với kinh nghiệm quan sát nên chúng ta đều có khả năng nhận thức được khoảng cách. Một hiệu ứng quang học phổ biến dẫn đến sự khác biệt về kích thước biểu kiến của vật thể là sự khúc xạ ánh sáng.
Khúc xạ ánh sáng làm cho vật thể được quan sát qua các thấu kính và dụng cụ quang học có kích thước khác so với quan sát trực tiếp. Bản thân các vật chất trong suốt thường gặp như nước, nhiều chất lỏng và ngay cả không khí cũng có tác dụng khúc xạ hình ảnh. Nó khiến cho hình ảnh mà bạn quan sát được qua chúng không phải hoàn toàn thực tế. Tất nhiên, hàng ngày khi bạn quan sát ở thế giới quanh mình ở khoảng cách gần thì khúc xạ là không đáng kể.
Trước đây, có một số cách giải thích cho rằng Mặt trăng khi gần chân trời lớn hơn so với khi ở trên cao là do sự khúc xạ của ánh sáng trong khí quyển. Tuy nhiên thực tế không phải như vậy. Sự khúc xạ của ánh sáng khi Mặt trăng ở gần chân trời chỉ có tác dụng làm thay đổi màu sắc của nó (gần với màu đỏ và cam hơn, do ánh sáng ở gần phía tím, xanh đã bị khúc xạ mất) chứ không làm thay đổi kích thước biểu kiến của Mặt trăng. Ngày nay, hiện tượng này được xác định là do hiệu ứng tâm lý, hay một dạng ảo giác chứ không phải kết quả của quá trình quang học. Dưới đây là hai giải thích về hiệu ứng này.
Ảo giác khoảng cách
Mặt trăng cách chúng ta khoảng trung bình là 384.000km. Con số này dao động do quỹ đạo của Mặt trăng quanh Trái đất có dạng elíp chứ không phải tròn. Nhưng dao động đó khá nhỏ nên thực tế bằng mắt gần như không phân biệt được sự khác biệt về kích thước của Mặt trăng do khác khoảng cách. Tuy nhiên, Mặt trăng khác với một ngôi nhà, một thân cây hay thậm chí một dãy núi ở chỗ nó lớn hơn và xa hơn rất nhiều. Nên khi quan sát mắt của chúng ta không thể ước đoán được khoảng cách của nó. Việc này xảy ra với tất cả các thiên thể gồm cả Mặt trời và các sao. Thậm chí ngay cả một chiếc máy bay hay một con chim khi bay trên cao cũng rất khó ước đoán vì không có điểm mốc nào để so sánh.
Thông thường, khi nhìn về phía chân trời bất kì, nhất là khi ở đất liền không phải chân trời lý tưởng như ở biển, bạn sẽ thấy những núi đồi hay những tòa nhà rất xa. Những thứ đó rất nhỏ vì chúng ở khá xa tầm mắt của bạn. Do đó, mắt của bạn hình thành cảm giác mặc định rằng những gì ở phía chân trời là rất xa. Để nhìn được chúng bạn cần điều chỉnh mắt mình một chút để thấy chúng rõ và lớn hơn.
Khi Mặt trăng mới mọc hay sắp lặn, bạn thấy nó ở gần chân trời, thậm chí có thể đã khuất một chút phía sau những núi đồi và nhà cửa, nên mắt bạn có phản xạ tương tự. Ngược lại, khi Mặt trăng lên cao, bạn không có phản xạ điều tiết mắt như vậy ngay cả khi bạn đã biết chắc là nó cách bạn tới gần 400.000km. Đó là loại ảo giác thứ nhất gây ra sự lớn hơn của Mặt trăng khi ở gần chân trời.
Ảo giác so sánh kích thước
Ảo giác sai lệch về kích thước xuất hiện khi mắt của chúng ta có phản ứng so sánh một vật thể mình quan sát được với một hay nhiều vật thể ở gần đó. Khi một vật thể đặt gần những vật lớn hơn, bạn thấy nó dường như nhỏ hơn và ngược lại.
Khi Mặt trăng ở trên cao, nó bị bao quanh bởi khoảng trống rất rộng xung quanh. Nó chỉ là một hình tròn nhỏ lọt giữa khoảng không đó, do đó nhìn bằng mắt thường, nó là một vật thể nhỏ. Ngược lại, khi nằm gần chân trời, nó sẽ được so sánh với những nhà cửa, cây cối... Những nhà cửa, cây cối này khi ở rất xa được quan sát có kích thước biểu kiến rất nhỏ, trong khi kích thước biểu kiến của Mặt trăng thì vẫn như thế vì khoảng cách không thay đổi so với khi nó ở trên cao.
Hiệu ứng so sánh kích thước ở đây làm bạn có cảm giác rằng Mặt trăng lúc này có kích thước rất lớn. Việc này cũng lý giải tại sao đôi khi bạn thấy những hình ảnh chụp Mặt trăng với kích thước rất lớn. Trong những bức ảnh dạng này, thực tế những ngôi nhà ở rất xa, đã được phóng đại nhiều lần qua ống kính máy ảnh, đồng thời Mặt trăng cũng được phóng đại lên với cùng hệ số đó tạo nên hình ảnh như vậy.
Trên thực tế, vì đây không phải một hiện tượng quang học mà chỉ là hiệu ứng ảo giác tâm lý nên khó có thể kết luận rằng nó xảy ra với tất cả mọi người. Có những người thấy trăng lớn hơn khi ở gần chân trời do một trong hai hiệu ứng này, có những người do cả hai và cũng có một số ít người do có sự chuẩn bị về tâm lý không hề chịu ảnh hưởng nên không hề thấy sự khác biệt này.
