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人类怎样发现太阳系八大行星 为什么人类肉眼只能看到太阳和月亮却无法看清其他七大行星

人气:373 ℃/2023-11-18 03:13:58

要弄清这个问题,起码要了解人眼的基本视觉能力是怎样的。人的眼睛看东西至少需要两个外部条件,一个是光线,一个是足够大能够被眼睛视网膜所识别。

人眼要看到物体必须有可见光,就是在电磁波谱里波长为380~780nm之间那部分电磁辐射。否则,人的眼睛就什么也看不见。人眼看到的物体需要有一定的分辨率,过去用线对张角来表示,就是这个物体进入眼睛能够形成多大的张角,现在时髦的说法就是多少像素。

这是一个科学的衡量标准,因为如果用大小来衡量,就有远近不同大小要求不同,而用张角则不管远近,只是这个物体进入眼睛的张角有多大。同一个物体,越远,这个张角就越小,越近张角就越大。

因此物体大小与距离远近是人类眼睛能否看清物体的关键。比如人眼能够看到1公里外一栋大楼,但看不见距离50米远的一只蚂蚁,更看不见手掌心的细菌。反之人可以看清楚拿在手里的一枚硬币细节,但看不清1公里远楼房的细节。

人眼分辨的最小张角为1角分,就是我们量角器为360度,1度为60角分,1角分为60角秒。

一般的眼睛看眼前25厘米处的物体是不费力的,称这个距离为明视距离。在这个距离上人眼可以分辨相距为0.2毫米的两条线。因此,人眼在明视距离上的分辨率是每毫米5对线,超过这个数就分辨不开了。

这个理论是100多年前,德国科学家阿贝(Ernest Abbe)根据衍射理论推导出来的。由于衍射效应传统光学望远镜得到的物体最小细节总是大于波长的一半,人眼的分辨极限也必须满足这个要求,由此得出了著名的瑞利判据:即△Q=1.22λD。

人眼的瞳孔直径D为2mm~9mm,取中间值D为5毫米,可见光中心波长也就是人眼最敏感的波长为5500埃,人眼明视距离为25厘米,视网膜到瞳孔为22毫米时,人眼可分辨明视处的最小线距离为△y=25△Q≈0.1mm,视网膜上可分辨成像的最小距离为△y′=22△Q≈5×10^-3mm。这样得出人眼的分辨极限为1角分。当物体映射到人眼视网膜角度小于1角分时,人类就无法分辨物体的细节,只能看到一个点。

现在一般用像素这个新概念,一个像素相当于在人眼成像0.3个角分,也就是说人眼的分辨率最小要有3个像素以上。

在我们太阳系,除了太阳这颗恒星,其他的都是比太阳小很多很多的行星等天体。

太阳对于地球来说是一个很大的恒星,其直径有地球的109倍多,体积是地球的133万倍,因此虽然距离地球有1.5亿公里,又能够自身发光发热,因此看起来就会很大很亮;月球虽然直径和体积都较小,但距离我们很近,才有38万公里,因此看起来也很大。但月亮本身不发光,只是太阳照射到月球上才反射出来的光芒,所以看起来就不是那么亮。

太阳和月亮的分辨率大致都是30个角分,就完全可以看到圆面,而且它们由于距离关系,看起来还差不多大小。仔细看过去,还能看到月亮里面环形山的阴影。而太阳由于太刺眼没有专用设备就难以看清了。

从大小上来说,太阳一个天体就占据了整个太阳系全部质量的99.84%,其余所有拉七杂八的加起来在占有0.14%,地球才占有0.0003%。从另一方面来说,除了太阳,这些行星和所有的星体本身都不会发光发热,完全靠反射太阳光才会发光,所以稍远就看不清了。

在除了地球的七大行星中,金星是距离地球最近的一颗行星,体积也和地球差不多,因此虽然不发光,但反射出来的光芒却比距离我们遥远的恒星还亮,成为除了太阳月亮天上最亮的天体。其视星等最亮时为-4.9,而最亮的恒星天狼星才有-1.46。视星等是数值越小越亮,还有负数,负的越多越亮。

但这些行星在人肉眼中已经不能够看到它们的圆面了,因为它们的张角都不到1角分,在人眼视网膜上的分辨率太小了。

太阳系最大的行星是木星,直径是地球的11倍多,体积是地球的1300多倍,质量是太阳系除太阳外全部行星天体的2.5倍。但其人眼目视张角只有0.78角分,金星也不到1个角分,因此人眼只能看到两三个像素大小。

人眼能够看到的行星按亮度从强到弱为金星、木星、火星、土星、水星,其中水星由于距离太阳太近,多数时间都会被太阳光辉掩映,很难看到。而天王星和海王星由于距离地球太远,肉眼基本上就看不到了。

能够看到的行星在人类肉眼中都小于1角分,因此都只能看到一个亮点。恒星虽然很大,又自己发光发热,但除了太阳,距离我们最近的都有4.3光年,太远,因此也只能看到一个亮点。

人们借助天文望远镜可以一定程度的改善人眼的视角,但这种提升也不是无限的。著名的哈勃望远镜看到的冥王星由于很小,距离又有约60亿公里,也只能看到几个像素大的光影,看不清任何细节。

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