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为什么照到地面的太阳光束呈放射状?

2018年10月9日9:29 环球解密

    太阳离我们9300英里(1.5亿公里)之遥,照射到地球上的光线按理说应该都是平行的,为什么我们看到穿过云层和树梢的光线都呈放射状呢?

    一位读者向知名天文物理学家西格尔(Ethan Siegel)创办的Starts With A Bang专栏寄去了这样的问题。西格尔说他一看到这个问题就很喜欢,他欣赏这种对平日里看似平常的现象敢于提出质疑,进行思考的精神。

    大部分时间里太阳光线是看不见的,想象一下一个阳光明媚的日子,万里无云的天空,蔚蓝的天空浸润在阳光的普照下。你并看不到任何“光束”的效果。

    太阳比地球大的多(直径86.4万英里),而且距离遥远,在没有任何物体遮挡的情况下,来自太阳的光线应该是互相之间完全平行地照射到地球上。

    但为什么透过云层的光线经常看起来好像是从某一点集中发出、抵达地面后散开来呢?有的人说是因为云层厚度不均匀;有的人说因为云层中间有孔洞。西格尔做了回答,刊登在medium.com上。

    直接光束与间接光线

    西格尔说,首先要解释的是:即使在没有直接的阳光光束照耀下,这个世界仍接受着同样来自太阳的间接光线——由任何物体反射而四散的光线的作用。因此即便在日全食的情况下,人们仍能看清周围的物体。

    本文提出的问题指的是直接可见的强光束,这些光束比从其它物体反射出来的光线更亮、更强,而且在一定背景的衬托下就造成本文提出问题的视觉效果。

    这类光束的形状根据观察者对太阳,以及那些制造视觉效果的物体如云层、树梢的朝向的不同,差别很大。有的人想,是不是因为云层有类似棱镜的效果,导致透过云层的光束产生放射状。

    其实并非如此。

    只是视觉误差

    云层本身会吸收光线,再向四处均匀地“吐出”来,因此云层看起来不透明。只有当云层没有吸收大部分或全部光线的时候,才会出现“光束”的效果。按照科学家的测量,这些光束互相之间其实真的是平行的,与开头分析的道理一样。

    如果你能观察到一些既不朝向你,也不远离你,而是与你的视线垂直方向的光束,你就会看到它们完全是平行的。

    大部分看起来呈发散状的光束,都是因为太阳处在你视线延伸的方向内。就像你看到互相之间平行的公路或者铁路,在远方都有“聚集”起来的效果,而你知道从某个角度看,它们之间确实是平行的。两者的道理是一样的——就是因为这些平行的光线在离你近的地方看起来发散,离你远的地方看起来有汇集的效果。

    太阳光更是如此,太阳光的源头比起光线最后抵达地面的地点,距离人是非常遥远的。因此你会发现,离你越近的光线,看起来的发散感越强。

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