在冥王星的陽光下,你得戴上墨鏡

儘管距離太陽約六十億公里,但從冥王星上看太陽將是一道令人眼花繚亂的景象——當然,要小心地觀看

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

這張來自 NASA“新視野號”探測器的影像顯示了陽光照射在冥王星上,揭示了這顆矮行星朦朧的分層大氣層。“新視野號”探測器於 2015 年 7 月飛掠過冥王星。

想象一下,你是一位大膽的太空探險家,為了冒險而在太陽系中穿梭,如果時間允許,還可以進行科學探索。在乘坐火箭飛船從地球發射升空後,你最終發現自己身處曾經被稱為行星的冥王星表面,仰望著星空。地球現在位於朝著太陽方向六十億公里之外,因距離太遠而變得不可見,你徒勞地掙扎著,甚至無法辨認出太陽。它消失了——只是無數恆星中的一顆,或者說,舊科幻小說中的橋段會這樣認為。

我聽過很多版本的這個小故事,但其中有一個小問題:它是錯誤的。

太陽確實是一顆恆星,與銀河系中數十億顆其他恆星沒有太大區別。然而,對我們人類來說,最重要的是它的距離。地球在一個相當圓形的軌道上繞太陽執行,距離為 1.5 億公里(在近日點和遠日點可能會有幾百萬公里的偏差)——在天文尺度上非常近,以至於太陽是天空中最亮的物體。即使是匆匆一瞥它的光芒也會讓你的眼睛流淚,並可能損害你的視網膜。


支援科學新聞事業

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞事業 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。


但是從冥王星上看會是什麼景象呢?那個冰冷的世界得多,所以太陽應該顯得更暗淡。但是“暗淡”到底有多暗淡呢?我們可以計算出來!

像所有恆星一樣,太陽向各個方向發射光。因此,任何與太陽距離相同的人都會看到它以完全相同的亮度發光。這個固定的距離定義了一個球體的表面——例如,半徑等於地球軌道半徑的球體。

現在想象一下,有人離太陽的距離是現在的兩倍。我們恆星發出的光現在覆蓋了更大的球面表面,並且已經被稀釋,或者更準確地說,是變暗了。回憶一下你的小學記憶,你可能會記得球體的表面積取決於其半徑的平方。這意味著,離太陽距離是地球兩倍的人會看到光線擴散到四倍的面積上,因此它會顯得只有四分之一那麼亮。將你的距離增加三倍,太陽將顯得只有九分之一那麼亮。這就是所謂的“平方反比定律”,它使數學計算變得容易得多。

平均而言,冥王星距離太陽的距離是地球的 40 倍。這意味著從冥王星上看,太陽顯得比我們更晴朗、更熟悉的世界暗淡 40 x 40 = 1,600 倍(或者,用更好的數學語法來說,亮度為千分之一千六)。這是一個很大的下降!但那到底有多暗淡呢?

在我們的天空中,太陽比滿月亮約 40 萬倍。這意味著從冥王星上看,太陽仍然比從地球上看到的滿月亮 250 倍。請注意,滿月的光亮足以輕鬆閱讀,因此即使是從遙遠的冥王星上看,太陽也能很好地照亮地貌:亮度大約相當於地球上的黃昏。

顯然,它會比最亮的夜星還要亮得多、得多。這樣想:要讓太陽看起來像天空中大多數其他恆星一樣,它必須離你像天空中其他恆星一樣遠。例如,半人馬座阿爾法星是一個三合星系統;它由兩顆與太陽有些相似的恆星和第三顆暗淡得多的恆星組成。這些恆星中質量最大的那顆主導著這個星系的亮度。該系統距離地球 40 萬億公里——比冥王星遠6,000多倍——但仍然是天空中最亮的“恆星”之一。顯然,你必須比冥王星走得遠得多,才能將太陽的光芒減弱到那種晦暗程度。

請注意,我也使用了冥王星與太陽的平均距離。冥王星的軌道實際上是相當橢圓的,與圓形有很大偏差。在最近點,它距離太陽大約是地球距離的 30 倍,在最遠點,大約是 50 倍。這意味著,在最遠的地方,太陽的亮度只有地球的千分之二千五——仍然足夠明亮可見。而在最近點,它的亮度是地球的千分之九,比滿月亮 400 多倍,並且會發出耀眼的光芒,以至於你看著它時不得不眯起眼睛。最好戴上太陽鏡,即使在太陽系那麼遠的地方也是如此。

對於科幻小說的橋段來說,情況變得更糟。從冥王星上看,我們的太陽不僅比任何其他恆星都亮得多,而且還可以被分辨出來,也就是說,可以被看作是一個圓盤。在地球的天空中,太陽圓盤的大小為半度。視力正常的人可以分辨出小至六十分之一度的物體。物體的視大小隨著距離線性下降;也就是說,當冥王星距離太陽的距離是地球的 30 倍時,太陽看起來只有地球的三十分之一那麼大。這仍然足夠大,勉強可以讓我們看到太陽是一個圓盤。當然,它會是一個小圓盤,但不是一個沒有可辨別大小的星狀點。誠然,當冥王星離太陽最遠時,我們的恆星看起來只有地球的五十分之一那麼大,所以你把它看作是一個無法分辨的點,但這種景象取決於冥王星在其軌道上的位置。在冥王星年中的很大一部分時間裡,太陽將是一個耀眼但很小的圓盤。

那將是多麼奇特的景象啊!太陽,在我們自己的天空中如此占主導地位,在冥王星的天空中仍然佔據主導地位,但活力卻遠不如前。

碰巧的是,冥王星有一個大氣層,儘管它非常稀薄,密度只有地球海平面空氣密度的十萬分之一左右。即使在中午,太陽高掛天空時,冥王星上也沒有足夠的大氣來散射陽光,所以天空會是黑色的。但是太陽的眩光仍然會使人難以看到任何星星,更不用說成千上萬顆星星了(儘管如果你用穿著宇航服的手遮擋住太陽,你可能會看到幾顆)。

然而,在冥王星的黃昏時分,情況會發生變化。當太陽在地平線附近較低時,你將穿過更多稀薄的大氣層觀看,散射可能會將太陽附近的天空變成藍色,就像地球上的天空一樣!

我不確定冥王星上的藍色天空會使那個異世界景觀更令人感到舒適,還是僅僅會突顯它的異域情調。但我喜歡科幻小說如何在科學的指導下,給我們帶來對奇妙場所的真實感受。在冥王星上體驗的所有奇特事物中,太陽的景象幾乎位居榜首,但更奇怪的事情可能是,這樣一個異域的地方有時可能會讓你想起地球。

© .