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“坐井观天”这个成语我们见得多了,但是“坐井观星”是否可能呢?尽管乍看起来可行性不大,但要想解释清楚为什么,也不是很容易呢。这期DrU就是请大家来探讨这个问题:在一口足够深的井底,大白天能看到星星吗?Dr.Who倒是知道,起码在刘慈欣的地球大炮里是不行的,因为那大炮是弯的……

本期的答案,终于有一个能打动评委们了,那就是aqdd同学的答案,恭喜恭喜!接下来,请大家听aqdd同学娓娓道来~~

------------------欢迎进入地核,哦说错了,是欢迎进入正题------------------

在动画片《鬼妈妈》中,小男孩对小女孩说如果掉到那口深井里,大白天能看到满天繁星。这是真的吗? 要弄清这个问题我们首先需要知道白天为什么看不见星星。很多人可能会回答“是因为太阳光太强了,遮蔽了星星微弱的光线”。不过,请你仔细观察下面这两张照片。

地球的天空和月球的天空

这两幅照片都拍摄于阳光直射的环境下。可同样是白天,在地球和月球上看到的天空背景为什么却有如此大的差别——一个是明亮的蔚蓝色,一个却漆黑一片。这样的差异是大气层散射导致的。

什么是散射?简单的说就是光遇到局部不均匀(比如微小颗粒)介质后,光线偏离原来方向传播的现象。也就是一束直射的光经过许多不均匀介质从而产生多次散射后可能会变成向四面八方发散的光。我们所处的大气层中到处悬浮着各种细小的微粒和水珠,当阳光照射到这些微粒和水珠上时就发生了散射。此时每一颗微粒都变成了一个可以向四面八方发射光线的微小光源,无数个这样的微小光源就构成了我们头顶那片明亮的天空。因此在太阳万丈光芒的照射下,整个天空都是明亮的如此明亮的天空背景使我们不可能用肉眼看到太阳以外的任何其它天体。太阳那万丈的光芒同时也照射到了月球上,但月球的天空却是一片漆黑。这是因为月球表面没有大气层,因此也不会有悬浮于大气中的微粒和水珠,在月球的白天,阳光会直接照射到月球表面而不会发生任何散射,因此即便在有阳光的白天,月球的天空依然黑暗。

知道了大气层的散射原理我们就不难明白,在白天,即便万里无云,一片晴空我们也看不到浩瀚星空的真正原因不是阳光过于强烈,而是大气层的散射使天空背景过于明亮才遮蔽了那点点微弱的星光。

啰嗦了半天,正式进入话题:坐在深井里可以在大白天看见星星吗?让我们来对比一下在深井里看天空和在地面看天空有什么不同。

首先,如果这口井足够深的话它就可以遮住来自太阳的直射光线(太阳正好位于井口上方的情况除外),这样大大减弱了阳光对我们眼睛的直射造成的视觉干扰。

其次,生活常识告诉我们,躲在暗处观察亮处的景象总是能看的更清楚。

有了以上两点是否就意味着我们可以坐井观星了呢?答案依然是否定的,因为这并没有解决白天看不到星星的根本原因——位于井口正上方那片天空所产生的散射光仍然可以直接照射到井底,而且其亮度依然要比绝大多数星星亮,在这样的情况下我们即使身处深井之中也很难用肉眼将星星与明亮的天空区分开来。

天空散射示意图

事实上,当我们身处黑暗中时我们的瞳孔会自动放大以便收集更多的光线,这就造成我们在深井里仰望天空时,天空会变得更加明亮。如果在一口足够深的井里装一部电梯,随着电梯的下降我们观察天空的视野也会逐渐缩小,井口明亮的天空和黑暗的环境之间的亮度对比也会逐渐加大,我们会觉得天空越来越小且越来越亮,直到变成一个耀眼的光斑。这也是我们在山洞里看洞口时总会觉得光芒万丈却看不清洞外景象的原因。

1871年英国科学家J.W.瑞利在对散射现象进行了长期观察和研究后提出了瑞利散射定律,并由此解释了天空为什么是蔚蓝色等自然现象。根据之一理论我们可以推断:假如我们坐在一艘在白天发射的火箭上观察天空,你会发现随着火箭升空,天空的颜色会逐渐由明亮的蔚蓝色向深蓝和紫色混合的颜色过渡,亮度也会逐渐降低,直至最终变成一片黑色的天幕,当然上面还点缀着无数清晰明亮的星光。因此,我们与其跳进深深的竖井里不如爬到高高的山峰上,这样反倒更有可能观察到那么一两颗特别明亮的星星。

高原的天空

那么,在晴朗的白天我们是否绝对没有希望看到星星呢?也不是。我曾经听说在海拔很高而且空气清新的青藏高原只要你在天空上仔细寻找,总能在湛蓝的天幕上看到一两个并不十分明显的小亮点,那应该就是星星了。而且我在一些科普杂志上看到,很多天文台的光学望远镜上加装了一定波段的偏光镜片,可以最大限度 的选择滤除天空的散射光线,实现“人造黑夜”的效果,即使在白天也能清晰的观察星空,但我们的眼睛绝对无法拥有这样的功能,所以还是不要扮成青蛙王子的摸样跳进深井里坐井观天了。

——————————评委点评———————————-

本期获奖者为aqdd,恭喜恭喜!

其实这期quantumlike从月明星稀和光污染讲起角度也非常好,只可惜没能展开来清晰地阐述“坐井观星”的问题。

还有很多朋友提到白天有可能“坐井观”到金“星”,甚至特意提出,月亮和太阳其实都是“星体”。这个想法很有趣,而且这种严谨的思考方式我们很赞同。只不过我们更希望看到大家讨论科学的部分而不仅仅是钻一些文字的漏洞。如果可以将“坐井”可不可以观到我们常说的“星星”讲清楚,然后补充一些这种趣味话题,我们会更喜欢。

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终于收到了让那帮挑剔的评委们满意的答案了,Dr.Who内牛满面……希望大家以aqdd为榜样,给我们寄来更多更好更有趣的答案!

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15 Responses to “[Dr.YOU第59期获奖答案]坐井观星?”

  1. zhen说道:

    如果这口井足够高以至于井口能高出大气层呢?

  2. 孤竹牧狼人说道:

    贵在搀和~......
    为嘛不在群博上提一句都谁谁谁参与投稿了.......
    提高大家参与评选的积极性啊......

    群博+论坛+活动三部分应该紧密结合......
    现在都太独立了......
    论坛里面的投稿在群博上看不到......
    群博上的文章在论坛里没有讨论.......
    活动最悲剧......首页也不明显,论坛里也不讨论......

    • 天地之数说道:

      楼上说的确实是个问题。
      而且相比早期的DR.U,现在的答案太中规中矩了,看完了就觉得太不尽兴。还是像以前一样,把大家的各种有理、无理、歪理的答案汇编一下,才看得过瘾!

    • 水龙吟说道:

      恩,这个是我们疏忽了。应该把大家都列一下的。至少要显示一下我们都看过,都评审了嘛,哈哈。

      另,其实大家的投稿我们背后(这个词一放怎么显得这么ws,汗)都仔细讨论的(包括迟到的两篇,呵呵),只不过没有放在论坛原帖里……

  3. 孤竹牧狼人说道:

    最后,顶一下已经答应了要请客吃饭的aqdd。。。
    很认真的答案~.......
    回帖有份。。。
    点菜按回帖顺序来。。。
    不要乱。。。

  4. ttt说道:

    空气的散射应该不是主要问题。如果因为散射就看不到的话,那晚上也应该看不到星星才对。

  5. 神之一丑说道:

    我提另一个问题,为什么在月球上的那张照片看不到星星呢

    • 孤竹牧狼人说道:

      因为,近景照片背景不会那么清晰到能看到星星的地步。。。

      • swulling说道:

        最主要的原因还是曝光时间

      • Icewolf说道:

        曝光的问题。因为近景的人和地面受到太阳的直射因而非常亮,而星光很暗。如果把曝光时间定为能显示出星光的地步则近景会过曝。

  6. dob502说道:

    貌似本意是想挑逗偏振光栅原理吧。还不如谈谈日食时玩白天空域观星或深井烧鹅。

  7. 熊峻峰说道:

    难道不用考虑在极深井里对井口的相对分辨率已经降到多么低的程度了?即使在井口放个灯恐怕也看不见了

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