从地平线上看到的月亮和星星

时间:2023-11-17 09:19:03

我们可能都有过这样的印象,当一轮满月还没有升高的时候,它看起来比较大,而当它升到了空中,看起来则似乎小了许多。太阳也是一样,在它刚刚升起或者将要落山的时候,跟它在高空中相比,显得要大一些。那么,星星呢?它们的情形是这样的:当星星靠近地平线的时候,星体间的距离似乎变大了。如果你仔细观察过天上的猎户座,一定会发现,在不同的位置上,它们的大小差异非常大。

不仅如此,在星星靠近地平线的时候,它们好像离我们更远了,而不是离我们更近,如图所示。实际上,它们根本没有任何变化,这只是我们的错觉罢了。如果借助钉耙式测角仪或者其他测角仪,我们就会发现,它们不管在什么位置,视角大小都是一样的,也就是0.5°。同样的道理,利用测角仪,我们一样可以测出星体之间的角距离,不管它们在高空中,还是在靠近地平线的位置,视角都没有变化。所以,我们可以说,所谓的“变大”只不过是我们的错觉罢了。

从地平线上看到的月亮和星星

图 体位示意图。

那么,该怎么解释我们眼中的这一错觉呢?其实,直到今天,科学家们也没有找到一个最合理的解释。从人们发现视觉有错觉的那一天起,人们就一直想找到原因,已经有2000多年了。不过,这一错觉跟下面的看法有一定的关系。在我们看来,头顶的天穹好像不是一个半球面,而是一个截球面,它的高度比较低,只有底面半径的从地平线上看到的月亮和星星

。为什么会有这种感觉呢?这是因为,我们在看向水平方向上的距离时,会感觉比竖直方向上的距离大。在水平方向上,我们使用平实的眼光来看物体,而在其他方向上,我们需要抬高或降低眼光来看。如果躺在地面上,我们就会发现,高空中的月亮比地平线附近的月亮要大。说到这里,又遇到了一个问题,为什么我们观察物体的时候,它看上去的大小决定于眼睛的观察方向呢?关于这一点,可能连生物学家也解释不清楚。

从地平线上看到的月亮和星星

图 扁圆形天穹对观察天体的视大小的影响。

如图所示,由于天穹看上去是扁圆的,而不是浑圆的,所以会影响我们不同观察位置上天体的大小。空中的月亮,不管它在什么位置,我们看向它的视角都是0.5°,但是我们以为月亮在不同的位置跟我们的距离是不一样的。在我们眼中,月亮在顶上的时候要比靠近地平线的时候近。所以,我们就以为它的大小也是不同的。如图的左边,星星在靠近地平线的时候,它与人眼之间的距离好像增大了一样,它们之间本来相同的角距离也好像变得不一样了似的。

还有一点让我们产生了怀疑。那就是,地平线上的太阳或者月亮比高空中大。可是,为什么在地平线附近的时候,我们并没有从它们上面看到任何东西呢?哪怕是斑点或者线纹,我们也没看到。它们不是被放大了吗?这是因为,这种视觉上的错觉,跟用放大镜放大的原理是不一样的,看向它们的视角并没有变大。要想看到上面的新事物,必须增大视角。这些所谓的“放大”,只是我们眼睛的错觉罢了。