我記得不久前的一個傍晚，我觀看了一次滿月升起。我首先注意到東方天空中扁平的地平線被一道光芒照亮，片刻之後，月亮就從地平線上升起。它看起來巨大極了！它也顯得如此之近，以至於我可以伸手觸控到它。我呆呆地看著它，然後笑了。我知道我實際上看到的是什麼：月球錯覺。
任何在地平線附近看過月亮（或太陽）的人都經歷過這種效應。月亮在那裡看起來非常巨大，比它在頭頂時要大得多。我是一名天文學家，我知道月亮在地平線上並不比在天頂時更大，但我無法不那樣看它。這是一種壓倒性的效果。但這不是真的。對月球的簡單測量表明，它在地平線上的大小與在頭頂時基本相同。這真的是一種錯覺。
它存在已有一段時間了：這種錯覺在公元前七世紀亞述城市尼尼微出土的一塊楔形文字泥板上就有顯示。解釋它的嘗試與這種錯覺本身一樣古老，但大多數都站不住腳。例如，亞里士多德就寫過它，將其歸因於霧的影響。
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這是不正確的；即使在晴朗的天氣裡，這種錯覺也會顯現出來。一個相關的觀點，在今天仍然很常見，是地球的空氣像透鏡一樣，折射（彎曲）來自月球的光線並放大它。但我們知道那是不對的，因為無論月亮在天空中的什麼位置，其可測量的大小都相同。檢查該解釋的物理原理表明，它也同樣站不住腳。事實上，儘管地平線附近的空氣確實像透鏡一樣，但它的實際效果是使太陽和月亮看起來被壓扁，像扁平的橢圓形，而不是簡單地放大它們。因此，這也可能不是原因。
另一個常見的但錯誤的解釋是，當月亮在地平線上時，你會下意識地將其與附近的物體（如樹木和建築物）進行比較，這使其看起來更大。但這不可能是正確的，因為當視野空曠時，例如在海上或平原上，這種錯覺仍然會發生。此外，如果你在城市裡，看到月亮高掛在建築物之間，它看起來是正常大小，所以這不可能是解釋。
然而，月亮確實在地平線上看起來更大。認知心理學家歐文·洛克和已故的勞埃德·考夫曼在 1950 年代和 1960 年代進行的實驗表明，人們認為地平線上的月亮要大得多——有時甚至比它在頭頂時大三倍。然而，如果月球位置的視覺線索消失，這種錯覺就會消失。例如，透過紙巾筒觀看月亮，無論它在天空中的哪個位置，看起來大小都相同。
那麼原因是什麼呢？就像科學中的許多事物一樣，有兩個效應在起作用。一個是龐佐錯覺（不要與龐氏騙局混淆，龐氏騙局是一種投資錯覺）。這是一個非常簡單但又令人印象深刻的錯覺。在其最簡單的形式中，兩條長度相等的平行水平線（如等號）放置在兩條几乎垂直但在頂部附近略微收斂的線之間。當您檢視水平線時，頂部的水平線看起來更長，即使它們的長度相同。幾乎不可能不將它們視為不相等。
一張演示龐佐錯覺變體的插圖。
科學歷史影像/阿拉米庫存照片
變體很多，但都依賴於透過透視來欺騙大腦。我們將兩條几乎垂直的線解釋為不是相互傾斜，而是像鐵軌一樣平行但在遠處匯聚。這種效果，即二維空間中的線條似乎在稱為消失點的點處相遇，通常用於藝術中以描繪相對距離。
關鍵是兩條水平線的長度相同。我們的大腦看到了這一點，但它也認為頂線更遠。如果它更遠且視大小相同，根據我們大腦混亂的邏輯，它必須在物理上比下線更大，因此它看起來更大。這與奇妙的艾姆斯房間錯覺非常相似，在艾姆斯房間錯覺中，扭曲的牆壁和角度使兩個身高相等的人根據他們在房間中所站的位置看起來具有截然不同的大小。
龐佐錯覺是月球錯覺的核心，但還有更多。如果我要問你頭頂的天空看起來是什麼形狀，你可能會說它是一個半球——半個球體。但我們實際上並沒有那樣感知它。如果我們這樣做，您會認為天頂，即您頭頂正上方的點，與地平線上的任何點的距離都相同。然而，一個又一個的實驗表明情況並非如此：我們認為地平線更遠，天空更像是一個頭頂上方的平底碗，而天頂離我們更近。
實際上，這並不太令人驚訝。如果你在陰天在外面，你頭頂的雲層確實離你更近；它們可能在你上方五公里處，但地平線附近的雲層可能超過 100 公里遠。因此，我們已經進化到將天空視為以這種方式扁平化。
現在將兩者放在一起：當月亮在地平線上時，我們認為它更遠。但月亮在天空中的大小實際上並沒有改變，因此我們的大腦將此解釋為月亮看起來巨大。當它在天空中升得更高時，我們認為它離得更近，因此它最終看起來更小。
令人驚訝的是，至少部分地，這個解釋大約在 1000 年前就確定了。傑出的中世紀哲學家伊本·海賽姆研究了視覺和光學，並對兩者都做出了重大貢獻。他考察了月球錯覺，並正確地指出，如果一個固定大小的物體被認為更近，它會看起來更小，如果它更遠，它會看起來更大。他認為樹木或建築物等中間物體使月亮看起來更近，因此更大，我們現在知道這是不正確的。但他掌握了基本思想，並且他比許多生活在很久以後的人更接近真相。
關於月球錯覺的誤解仍然比比皆是，就像許多神話一樣，無論像我這樣的人寫多少關於它們的文章，它們可能都不會消失。但在這種情況下，我們確實知道正確的解釋，這是科學的悖論之一：我們知道為什麼會發生這種錯覺，但它仍然頑固地存在。
這是一篇觀點和分析文章，作者或作者表達的觀點不一定代表《大眾科學》的觀點。