我记得不久前的一个傍晚，我观看了一次满月升起。我首先注意到东方天空中扁平的地平线被一道光芒照亮，片刻之后，月亮就从地平线上升起。它看起来巨大极了！它也显得如此之近，以至于我可以伸手触摸到它。我呆呆地看着它，然后笑了。我知道我实际上看到的是什么：月球错觉。
任何在地平线附近看过月亮（或太阳）的人都经历过这种效应。月亮在那里看起来非常巨大，比它在头顶时要大得多。我是一名天文学家，我知道月亮在地平线上并不比在天顶时更大，但我无法不那样看它。这是一种压倒性的效果。但这不是真的。对月球的简单测量表明，它在地平线上的大小与在头顶时基本相同。这真的是一种错觉。
它存在已有一段时间了：这种错觉在公元前七世纪亚述城市尼尼微出土的一块楔形文字泥板上就有显示。解释它的尝试与这种错觉本身一样古老，但大多数都站不住脚。例如，亚里士多德就写过它，将其归因于雾的影响。
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这是不正确的；即使在晴朗的天气里，这种错觉也会显现出来。一个相关的观点，在今天仍然很常见，是地球的空气像透镜一样，折射（弯曲）来自月球的光线并放大它。但我们知道那是不对的，因为无论月亮在天空中的什么位置，其可测量的大小都相同。检查该解释的物理原理表明，它也同样站不住脚。事实上，尽管地平线附近的空气确实像透镜一样，但它的实际效果是使太阳和月亮看起来被压扁，像扁平的椭圆形，而不是简单地放大它们。因此，这也可能不是原因。
另一个常见的但错误的解释是，当月亮在地平线上时，你会下意识地将其与附近的物体（如树木和建筑物）进行比较，这使其看起来更大。但这不可能是正确的，因为当视野空旷时，例如在海上或平原上，这种错觉仍然会发生。此外，如果你在城市里，看到月亮高挂在建筑物之间，它看起来是正常大小，所以这不可能是解释。
然而，月亮确实在地平线上看起来更大。认知心理学家欧文·洛克和已故的劳埃德·考夫曼在 1950 年代和 1960 年代进行的实验表明，人们认为地平线上的月亮要大得多——有时甚至比它在头顶时大三倍。然而，如果月球位置的视觉线索消失，这种错觉就会消失。例如，通过纸巾筒观看月亮，无论它在天空中的哪个位置，看起来大小都相同。
那么原因是什么呢？就像科学中的许多事物一样，有两个效应在起作用。一个是庞佐错觉（不要与庞氏骗局混淆，庞氏骗局是一种投资错觉）。这是一个非常简单但又令人印象深刻的错觉。在其最简单的形式中，两条长度相等的平行水平线（如等号）放置在两条几乎垂直但在顶部附近略微收敛的线之间。当您查看水平线时，顶部的水平线看起来更长，即使它们的长度相同。几乎不可能不将它们视为不相等。
一张演示庞佐错觉变体的插图。
科学历史图像/阿拉米库存照片
变体很多，但都依赖于通过透视来欺骗大脑。我们将两条几乎垂直的线解释为不是相互倾斜，而是像铁轨一样平行但在远处汇聚。这种效果，即二维空间中的线条似乎在称为消失点的点处相遇，通常用于艺术中以描绘相对距离。
关键是两条水平线的长度相同。我们的大脑看到了这一点，但它也认为顶线更远。如果它更远且视大小相同，根据我们大脑混乱的逻辑，它必须在物理上比下线更大，因此它看起来更大。这与奇妙的艾姆斯房间错觉非常相似，在艾姆斯房间错觉中，扭曲的墙壁和角度使两个身高相等的人根据他们在房间中所站的位置看起来具有截然不同的大小。
庞佐错觉是月球错觉的核心，但还有更多。如果我要问你头顶的天空看起来是什么形状，你可能会说它是一个半球——半个球体。但我们实际上并没有那样感知它。如果我们这样做，您会认为天顶，即您头顶正上方的点，与地平线上的任何点的距离都相同。然而，一个又一个的实验表明情况并非如此：我们认为地平线更远，天空更像是一个头顶上方的平底碗，而天顶离我们更近。
实际上，这并不太令人惊讶。如果你在阴天在外面，你头顶的云层确实离你更近；它们可能在你上方五公里处，但地平线附近的云层可能超过 100 公里远。因此，我们已经进化到将天空视为以这种方式扁平化。
现在将两者放在一起：当月亮在地平线上时，我们认为它更远。但月亮在天空中的大小实际上并没有改变，因此我们的大脑将此解释为月亮看起来巨大。当它在天空中升得更高时，我们认为它离得更近，因此它最终看起来更小。
令人惊讶的是，至少部分地，这个解释大约在 1000 年前就确定了。杰出的中世纪哲学家伊本·海赛姆研究了视觉和光学，并对两者都做出了重大贡献。他考察了月球错觉，并正确地指出，如果一个固定大小的物体被认为更近，它会看起来更小，如果它更远，它会看起来更大。他认为树木或建筑物等中间物体使月亮看起来更近，因此更大，我们现在知道这是不正确的。但他掌握了基本思想，并且他比许多生活在很久以后的人更接近真相。
关于月球错觉的误解仍然比比皆是，就像许多神话一样，无论像我这样的人写多少关于它们的文章，它们可能都不会消失。但在这种情况下，我们确实知道正确的解释，这是科学的悖论之一：我们知道为什么会发生这种错觉，但它仍然顽固地存在。
这是一篇观点和分析文章，作者或作者表达的观点不一定代表《大众科学》的观点。