白天看不见星星是因为天空太亮？科学告诉你真正的原因

“为什么我们在白天看不见星星？我以前认为是因为阳光在空气中的粒子中反复回弹，照亮了它们，以至于星星的亮度不再突出。但是人们对于这个观点产生了分歧，在登月的照片里也看不见任何星星，是因为这些照片是在月球的白天拍摄的，但是月球并没有大气层。所以是我错了吗？”

(图片来源: TIBTA PANGIN/AFP/Getty Images)

其实这个想法并没有错，只是有点不完整。更确切地说，这个说法的问题出在将同样的原则应用在了两种不同的情况上。阳光可以在光源和探测器之间的任何物质中进行散射，包括你视网膜前眼球的部分，但就算没有这些，仍然很难看到星星。因为太阳和反射太阳光线的物体，与它们周围的环境相比，实在是太亮了。

为了直观量化展示太阳和白天的天空比恒星亮多少，请容我先介绍一下天文学家比较一个事物相对于其他事物或标准星有多亮的“不靠谱”方法。它被称为星等系统，在今天几乎没有意义，因为它是从希帕克/托勒密时代传下来的2000年的古董(它太古老了，以至于我们甚至不能就谁创建了这一系统达成一致意见!)。相关信息可以参考下图：

顺便说一下，这个示意图过于乐观了，因为在大多数城市里人们用裸眼观测星星亮度的极限更接近3等。

以太阳和月亮作为参照物你就更能够体会到星等系统还有多少向“负数”前进的空间。       

白天的天空过于明亮，比任何-4等*的星体都还要亮。所以，是的，大气层瑞利散射的是造成这一切的原因。（*注释：虽然金星和木星的星等在大多数时候已经足够接近日间目视可见的等级，但因为它们的色调和天空太过相似，所以在日间的天空中并不突出。你需要借助望远镜的帮助，当然也需要知道它们位于天空的哪个方位。）比如，木星通过望远镜看起来如下图：

那如果我们在白天看不见星星不是由于阳光在大气层中散射导致的呢？

满月的亮度至少是小天狼星亮度的25,000倍，而太阳的亮度是满月的400,000倍——太阳比夜空中最明亮的星星（小天狼星）亮10,000,000,000倍。结合以上数字的信息。蜡烛的亮度约为1坎德拉（亮度单位）。什么比蜡烛亮10,000,000,000倍？拉斯维加斯的卢克索天空光束（Luxor Sky Beam）的亮度约为423亿坎德拉。结合以上这些数字不难看出，想要在太阳存在于视野中时在天空中看见星星，无异于在凝视着地球上最亮的聚光灯的同时，还得看清旁边点亮的蜡烛一样，这可太难了。

可探测到的最暗点与仪器测到的最亮点（饱和）的信号强度（亮度）之比称为动态范围，本质上是最大对比度。因此，要想同时拍摄太阳和另外的恒星，那么探测器的动态范围需为100亿。现有探测技术的动态范围如下：

电荷耦合器件（CCD，数码相机的感光元件）：通常为70,000–500,000，和设备级别有关（消费级和教育级的设备搭载的16位模数转换器软件通常会将动态范围削减到50,000左右）。

电荷注入设备（比CCD更加精致复杂的同类产品，处理像素时是单独处理而不是按行和列处理的）：2000万。

人眼：变化的范围很广，但最高可达15,000左右。

摄影胶片：几百吧。是的，只有几百。

更糟糕的是，胶卷甚至不会对98-99％接触它的光线产生反应。人眼的效率确实低下，但至少人眼的动态范围比胶片更接近CCD。CCD能够记录90％以上的入射光。一篇介绍有关CCD的其他优点的文章：Advantages Of CCD Sensors，《CCD传感器的优点》（这篇文章在胶片动态范围上的统计数据有些偏低）。1960年代CCD还不存在时，NASA不得不使用胶片进行拍摄。Photography During Apollo，《阿波罗计划时期的摄影技术》是一篇介绍NASA在阿波罗计划期间使用的胶片及其规格的文章。

在地球(以及月球)与太阳的间隔的距离上，平均每平方米的表面接收到的来自太阳的能量约为每平方米342瓦特(W/m2)。如果太阳直射，那么接收到的来自太阳的能量约为1368 W/m2，不过我们还是用342 W/m2这个数值吧，因为这是面对太阳的半球的平均值，而且大部分表面都与太阳有一定的角度，并不是完全直射的。月球反射大约12%的光线，这看起来并不多，但是对于阿波罗号的宇航员来说，这就相当于站在一个平均每平方米都和一盏普通台灯一样亮表面上。宇航员的白色宇航服和高度反光的着陆舱甚至更亮。就胶片摄影而言，阿波罗号上的宇航员就像是立在灯具店里的探照灯,而这种光污染对天文摄影来说是非常不利的。

无论使用哪种技术，正确的曝光时间都是摄影者获得所需图片以及减少废片产生的关键。背景恒星对阿波罗宇航员的月球研究并不重要，重要的是获得月球岩石，宇航员，着陆点等的最佳图像，所以图像的曝光时间是基于以上要求来设置的。结果就是，大多数阿波罗计划中拍摄的照片曝光时间都很短，以至于感光乳剂都没有从背景恒星接收到足够的光来进行反应。

注-地球的地冕在3个滤镜中的紫外伪色图，从恒星的角度来看相当不统一。

但是，也有一些由阿波罗号宇航员拍摄的图像里有别的恒星。不过因为前文中提到的原因——恒星不是他们的研究目标，所以图像里的恒星看起来也很暗淡，就像以下由阿波罗16号拍摄的紫外图像所显示的：

参考资料

1.维基百科全书

2.天文学名词

3. quora-赵雨儿8

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2.天文学名词

3.原文来自：https://www.forbes.com/sites/quora/2017/06/15/why-cant-we-see-stars-during-the-day/#6e5b4751d8dd

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