我们在地球上夜晚看到的星星,到底离我们有多远
在天气晴好的夜里,我们抬头仰望,整个夜幕之上点缀着很多星星,它们或大或小、或明或暗、或亘定或闪烁,在静谧的夜空中为我们演绎着宇宙的奥秘。从我们的视觉出发,这些星星好像都是挂在巨大的球形幕布上一样,我们根本判断不出来它们的距离。那么,这些星星,到底距离我们有多远呢?
我们看到的星星其实是光线对眼睛的刺激
能够引起我们视觉感应的基本要素,除了眼睛的视网膜上拥有视锥细胞、视杆细胞,能够产生光线刺激信号之外,最关键的因素,还是外界物体能够发出或者反射光线,无论距离的远近还是亮度的大小,只要是光线能够达到人眼的可分辨极限,就能够被人眼所识别。
而人眼是否可以识别光线的刺激,则是由人眼生理结构所带来的生理极限状态所决定,比如人眼识别外界物体,需要处在最小的可视角度、最低的光线强度之上,而这两个极限标准,则都由物体本身的大小、发光(反射)光的能力以及与我们之间的距离有密切关系。距离越远、发光体越小、绝对亮度越小的星体,在地球上就越不容易被人们观察到。
除此之外,我们在地球上观察地外天体时,由于眼睛接收到的光线,需要走过从发光体本身到地球表面这一段很长的距离,其间会受到各种因素的干扰,比如星际物质对光线能量的吸收、反射和折射等,特别是进入地球大气层之后,无论是气体分子,还是充斥在空气中的悬浮颗粒、气溶胶等杂质,都要比星际空间多得多,而且空中有时还有厚度不一的云层,所以对光线的吸收和反射、折射等作用更为明显,对光线能量的削弱更为突出。所以,天气晴朗、气流稳定、无空气污染、没有其它灯光干扰,具备这些条件的地方,才是夜间观星的理想区域。
肉眼能够看到多少颗星星?
在地球上,人眼理想状态下也是多只能看到20公里以内的区域,再远的地方,那里的物体所发出(反射)的光线,在传播到人眼之前,已经在大气层中衰减殆尽了。而来自地外的天体,它们所发生或者反射的光线,在到达人眼之前,其实绝大部分的路程都是在星际空间里穿过的,在这些空间里,虽然也会发生光线能量的衰减,但是与地球大气层相比,衰减效应简直可以忽略不计。
人们根据肉眼所能看到夜空中的星星情况,绘制了天球星图,并且将星图划分为88个星座,其中南部天空有46个星座、中部跨天球赤道天空有13个星座、北部天空有29星座。标记在这些星座中的星星,其相对亮度的对应的视星等都在6等以上,因为人眼能够看到的最暗星星的相对亮度,所对应的视星等就是6等。在天球星图中,0等及更亮的6颗、1等星14颗、2等46颗、3等134颗、4等458颗、5等1476颗、6等4840颗,总共有7000多颗。
以上是理想状态下人眼所能看到的星星数量,而实际上受各种因素的影响,我们用肉眼很难全部将它们尽收眼底,特别是6等星的那些,有一半以上我们可能都无法稳定地进行观测到或者很难看到,所以,现实状况下我们用肉眼,能够看到的星星数量,大约在4000-5000颗。
这些星星距离地球都有多远?
在我们能够看到的星星里,有很少很少一部分是依靠反射太阳光而发光的,这些星星就是太阳系的其它各大行星以及月亮,正因为是反射的光线,所以光线的能量密度很低,光线的强度也不怎么大,只是由于它们距离地球相对很近,才显得看上去比较亮而已,比如距离地球最近的天体-月球,其平均视星等为-12,满月时-18,是夜空中最亮星;金星的视星等为-4.4,是除了月球之外第二亮的星星。
而处于太阳系之外的星星,由于距离地球最近都是以光年计了,所以行星依靠反射的光线,已经到达不了地球,所以在地球上看到的太阳系以外星星,都是清一色的恒星。这里需要提一下,除太阳以外,距离最近的其它恒星,反而人眼看到,这颗最近的恒星是半人马座的比邻星,它与地球的距离4.2光年,但视星等仅为10.4,关键原因它是一颗红矮星,亮度相当弱。
而太阳系以外人眼能看到最亮的恒星,则是处于大犬座的天狼星,其距离地球8.6光年,在地球上的视星等为-1.46,夜空中亮度仅次于金星和木星,与火星相当。
在考虑地球大气层对光线的衰减效应之后,人眼所能接收到地外天体的光线,最远的距离差不多可以达到5000-6000光年。当然,这个数值指的是单一天体的情况。截至目前,人眼所能看到的最远单体恒星,是位于船底座的海山二,距离地球7500光年,视星等为4.3。
而在人眼的可观测范围之内,还有一些来自更加遥远的天体集合,它们在人眼中形成一个的亮斑,代表的则是整个星系,人眼能够看到的最远星系,是位于三角座区域的一个漩涡星系,距离地球约300万光年,视星等为5.7左右。它在天球图上的移动速度非常缓慢,一年内的转动速度还不到0.01度。所以,M33虽然很接近肉眼的观测极限,但是由于其位置非常固定,所以在天气条件比较理想的状态下,结合大三角星座的辅助,观测起来也比较容易。
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