admin 百科大全 2023-04-08 19:25:13

为什么我们白天看不见星星呢？天文学家这样回答

是什么让我们白天看不见星星？

“是什么原因导致我们白天无法看到星星？我一直认为，阳光会反射空气中的粒子，从而照亮它们，所以星星无法被照亮。人们认为，登月照片中没有星星的原因是因为这些照片是在阴历的时候拍摄的。然而月亮没有大气层。所以，是我错了吗？”

您的想法并没有错，只是不够完整，只不过您将相同的原理应用于两种不同的情况。阳光可以散射光源和检测器之间的任何物质，包括眼球内视网膜前面的所有组分，但是如果没有这种物质，仍然很难看到星星。与周围环境相比，太阳和能反射太阳光的物质太亮了。

为了量化太阳和白天的天空比恒星明亮多少，让我介绍一下天文学家衡量事物相对于彼此或相对于标准恒星的明亮程度的一个不太靠谱的方法。这就是所谓的星等系统，它在今天几乎没有任何意义，因为它是来自于喜帕恰斯/托勒密的有着2000年历史的老方法（它太老旧了，我们甚至无法就谁负责任达成共识！）相关细节在下图有所总结：无说明

图解：喜帕恰斯。图源：Wikiwand.

顺便说一句，信息图一方面过于乐观，大多数城市的肉眼极限更可能是3等星。

要将太阳和月球纳入星等范围，并向您展示星等系统在负星等这一等级上可以达到的范围。

白日的天空十分明亮，它比任何比-4等更弱的物体都要亮。所以，在地球上，由于瑞利散射，大气层确实是问题所在。

是的，金星和木星已经足够接近星等极限，白天都能看见。但是，它们的色调与天空非常相似，所以它们不会脱颖而出。您需要随意使用双筒望远镜或小型单筒望远镜，并且确切指出要瞄准的位置。例如，木星看起来像这样如下：

那么，在大气层不构成问题的情况下呢？

结合两幅图像的信息，满月至少比天狼星亮25,000倍。太阳比天狼星亮400,000倍，比夜空中最明亮的星星高出10,000,000,000倍。无独有偶，蜡烛的亮度约为1坎德拉（国际亮度单位）。比蜡烛亮10,000,000,000倍的是什么呢？拉斯维加斯的卢克索的天空之光，其光度值为423亿坎德拉。与凝视地球上最强大的聚光灯的同时聚焦于一小把蜡烛相比，在视野里有太阳的情况下去看星星，可就难多了。

图解：拉斯维加斯，卢克索旅馆。

最暗的可检测信号与仪器能检测到的最大信号（饱和度）之间的信号强度（光线亮度）的比值称为动态范围，本质上是最大对比度。因此，要在同一图像中拍摄太阳并显示另一颗恒星，您的探测器需要的动态范围为100亿。现有技术的动态范围如下：

电荷耦合装置（CCD，数码相机的检测器）：70,000–500,000（取决于等级）（消费级别和教育级别相关，与CCD一起提供的16位模数转换器软件会将范围削减到50,000左右）。

电荷注入装置（CCD的同类产品，像素是单独处理的，而不是按行和列处理的）：2000万，像arxiv展示的那样。

肉眼：范围很广，但最高可达15,000。

摄影胶片：只有几百。

说句不好听的，胶卷甚至对入射光的98-99％的光线都无法反应。肉眼效率不高，但至少它的动态范围更接近CCD，而不是胶片。CCD可以记录90％以上的入射光。CCD还有其他优点：CCD传感器的优点（它们在胶片动态范围上的统计数据有点低）。但是在1960年代，CCD还不存在。美国国家航空航天局只能用胶卷处理。这是一篇在阿波罗计划期间美国国家航空航天局提供的胶卷及其规格的文章：《阿波罗摄影》。

图解：大尺寸DS-616C XL+的索尼ICX413AQ CCD光学传感器。图源：opticstar.

在地球（和月球）与太阳的这段距离里，平均每平方米的地球表面会接收来自太阳的约342瓦特的电力（参阅地球的太阳辐射）。如果太阳直接在头顶上方，数值则接近1368 W / m2，但我们坚持342 W / m2，因为这是面向太阳的半球的平均值，并且大部分的表面与太阳成一定角度。月球反射了约12％的光。看起来似乎不多，但对于阿波罗宇航员而言，这就像站在了一个每平方米平均亮度与正常台灯亮度一样的表面上。宇航员的白色宇航服和高反光的着陆舱则更亮。就胶卷而言，阿波罗宇航员是站在灯店里的探照灯。这种光污染不能带来好的天文摄影。

图解：当太阳在天空中较低时，阳光以一定角度（在上例中为45°）撞击地面，因此其能量“散布”在较大的区域上，从而“稀释”了其能量。

无论使用哪种技术，要想得到想要的好照片和尽可能少的不想要的图片，正确的曝光时间都很重要。在阿波罗宇航员对月球的研究中，背景里的恒星并不重要，因此为了获得月球岩石，宇航员和着陆点等的最佳图像，需要计算它们的曝光时间。结果是，大多数阿波罗照片的曝光时间都太短，感光乳剂没有从背景恒星中接收足够的光照来发生反应。