在冥王星的阳光下,你得戴上墨镜

尽管距离太阳约六十亿公里,但从冥王星上看太阳将是一道令人眼花缭乱的景象——当然,要小心地观看

View of Pluto horizon, smooth expanse of the informally named icy plain Sputnik Planum (right) flanked to the west (left) by rugged mountains up to 11,000 feet high.Backlighting highlights more than a dozen layers of haze in Pluto's atmosphere

这张来自 NASA“新视野号”探测器的图像显示了阳光照射在冥王星上,揭示了这颗矮行星朦胧的分层大气层。“新视野号”探测器于 2015 年 7 月飞掠过冥王星。

想象一下,你是一位大胆的太空探险家,为了冒险而在太阳系中穿梭,如果时间允许,还可以进行科学探索。在乘坐火箭飞船从地球发射升空后,你最终发现自己身处曾经被称为行星的冥王星表面,仰望着星空。地球现在位于朝着太阳方向六十亿公里之外,因距离太远而变得不可见,你徒劳地挣扎着,甚至无法辨认出太阳。它消失了——只是无数恒星中的一颗,或者说,旧科幻小说中的桥段会这样认为。

我听过很多版本的这个小故事,但其中有一个小问题:它是错误的。

太阳确实是一颗恒星,与银河系中数十亿颗其他恒星没有太大区别。然而,对我们人类来说,最重要的是它的距离。地球在一个相当圆形的轨道上绕太阳运行,距离为 1.5 亿公里(在近日点和远日点可能会有几百万公里的偏差)——在天文尺度上非常近,以至于太阳是天空中最亮的物体。即使是匆匆一瞥它的光芒也会让你的眼睛流泪,并可能损害你的视网膜。


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但是从冥王星上看会是什么景象呢?那个冰冷的世界得多,所以太阳应该显得更暗淡。但是“暗淡”到底有多暗淡呢?我们可以计算出来!

像所有恒星一样,太阳向各个方向发射光。因此,任何与太阳距离相同的人都会看到它以完全相同的亮度发光。这个固定的距离定义了一个球体的表面——例如,半径等于地球轨道半径的球体。

现在想象一下,有人离太阳的距离是现在的两倍。我们恒星发出的光现在覆盖了更大的球面表面,并且已经被稀释,或者更准确地说,是变暗了。回忆一下你的小学记忆,你可能会记得球体的表面积取决于其半径的平方。这意味着,离太阳距离是地球两倍的人会看到光线扩散到四倍的面积上,因此它会显得只有四分之一那么亮。将你的距离增加三倍,太阳将显得只有九分之一那么亮。这就是所谓的“平方反比定律”,它使数学计算变得容易得多。

平均而言,冥王星距离太阳的距离是地球的 40 倍。这意味着从冥王星上看,太阳显得比我们更晴朗、更熟悉的世界暗淡 40 x 40 = 1,600 倍(或者,用更好的数学语法来说,亮度为千分之一千六)。这是一个很大的下降!但那到底有多暗淡呢?

在我们的天空中,太阳比满月亮约 40 万倍。这意味着从冥王星上看,太阳仍然比从地球上看到的满月亮 250 倍。请注意,满月的光亮足以轻松阅读,因此即使是从遥远的冥王星上看,太阳也能很好地照亮地貌:亮度大约相当于地球上的黄昏。

显然,它会比最亮的夜星还要亮得多、得多。这样想:要让太阳看起来像天空中大多数其他恒星一样,它必须离你像天空中其他恒星一样远。例如,半人马座阿尔法星是一个三合星系统;它由两颗与太阳有些相似的恒星和第三颗暗淡得多的恒星组成。这些恒星中质量最大的那颗主导着这个星系的亮度。该系统距离地球 40 万亿公里——比冥王星远6,000多倍——但仍然是天空中最亮的“恒星”之一。显然,你必须比冥王星走得远得多,才能将太阳的光芒减弱到那种晦暗程度。

请注意,我也使用了冥王星与太阳的平均距离。冥王星的轨道实际上是相当椭圆的,与圆形有很大偏差。在最近点,它距离太阳大约是地球距离的 30 倍,在最远点,大约是 50 倍。这意味着,在最远的地方,太阳的亮度只有地球的千分之二千五——仍然足够明亮可见。而在最近点,它的亮度是地球的千分之九,比满月亮 400 多倍,并且会发出耀眼的光芒,以至于你看着它时不得不眯起眼睛。最好戴上太阳镜,即使在太阳系那么远的地方也是如此。

对于科幻小说的桥段来说,情况变得更糟。从冥王星上看,我们的太阳不仅比任何其他恒星都亮得多,而且还可以被分辨出来,也就是说,可以被看作是一个圆盘。在地球的天空中,太阳圆盘的大小为半度。视力正常的人可以分辨出小至六十分之一度的物体。物体的视大小随着距离线性下降;也就是说,当冥王星距离太阳的距离是地球的 30 倍时,太阳看起来只有地球的三十分之一那么大。这仍然足够大,勉强可以让我们看到太阳是一个圆盘。当然,它会是一个小圆盘,但不是一个没有可辨别大小的星状点。诚然,当冥王星离太阳最远时,我们的恒星看起来只有地球的五十分之一那么大,所以你把它看作是一个无法分辨的点,但这种景象取决于冥王星在其轨道上的位置。在冥王星年中的很大一部分时间里,太阳将是一个耀眼但很小的圆盘。

那将是多么奇特的景象啊!太阳,在我们自己的天空中如此占主导地位,在冥王星的天空中仍然占据主导地位,但活力却远不如前。

碰巧的是,冥王星有一个大气层,尽管它非常稀薄,密度只有地球海平面空气密度的十万分之一左右。即使在中午,太阳高挂天空时,冥王星上也没有足够的大气来散射阳光,所以天空会是黑色的。但是太阳的眩光仍然会使人难以看到任何星星,更不用说成千上万颗星星了(尽管如果你用穿着宇航服的手遮挡住太阳,你可能会看到几颗)。

然而,在冥王星的黄昏时分,情况会发生变化。当太阳在地平线附近较低时,你将穿过更多稀薄的大气层观看,散射可能会将太阳附近的天空变成蓝色,就像地球上的天空一样!

我不确定冥王星上的蓝色天空会使那个异世界景观更令人感到舒适,还是仅仅会突显它的异域情调。但我喜欢科幻小说如何在科学的指导下,给我们带来对奇妙场所的真实感受。在冥王星上体验的所有奇特事物中,太阳的景象几乎位居榜首,但更奇怪的事情可能是,这样一个异域的地方有时可能会让你想起地球。

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