抬头就见数百万光年的仙女座!人眼到底能看多远,有多快?

理论上,如果天体足够大,亮度足够强,只要到达人眼的视角超过1’,亮度超过3个光子,不管这个天体距离我们多远,就都能够看到。因此人眼看物体没有距离限制,只有到达眼睛里的物体大小和亮度限制。

人眼能看多远没有止境,无限远,很多人会觉得很奇怪吧?或者说,肯定不相信吧,认为这是瞎说。不过不要紧,请耐心看完我的介绍,各位就会就不得不信了。

  • 首先,人眼是一个被动的接收器

许多人老认为人的“眼光”快得不得了,比光速快多了,夜空中几百上千光年的星星一抬眼就看到了,这比光速快多少倍?其实,这是一叶障目,没转过弯来,而且根本不知道光是个啥玩意,才会得到这种错误结论。

人是没有“眼光”的,如果没有“光”,人眼毛用都没有,一点什么也看不见。人眼是靠感光细胞被动接受进入视网膜的光信号的,是各种物体通过发光或反光,形成某种形象以光速传到了我们的视网膜,再转变成电信号输入到大脑,经过大脑的经验加工,就“看到了”这些形象。

光是什么?就是电磁波,人眼能够看到的光叫可见光,是波长在380nm(纳米)到760nm之间的电磁波。人们看到的所有物体,都是这些物体的光线传到了我们的视网膜,而不是我们的“眼光”伸出去抓住了它们,人的肉眼只是被动的接受到这些物体的光线而已。

  • 所有看到的物体都是“过去时”

何谓“过去时”,就是我们看到的所有东西,都已经是过去的东西了,而不是即时的东西。当然这种“过去时”要看过去了多久,时间过去的越久变化就会越大,时间很短暂,虽然也有变化,但不用精密仪器,光凭肉眼很难看出来,因此一般就被忽略了。

这是因为光速再快,也还是有速度限制的,光在真空中和空气中行进的速度每秒钟约30万公里。人眼是依靠光传递信号过来,才能够看到所有物体。这些物体无论是自发光,还是依靠反射光,人眼都要经过一定时间才能接收到的,再经过大脑加工成像,这样看到的所有物体就都已经是过去的样子了,而不是即时的样子。

当然由于光速很快,在地球上看到的物体就基本可以忽略传播时间,可以视为看到了最接近即时的样子。如看到1米距离的物体,这个物体就是3亿分之一秒之前的样子;看到1公里远的物体,这个物体就是30万分之一秒前的样子;看到10公里的物体,就是3万分之一秒前的样子。

人类日常生活对这种万分之一秒甚至亿分之一秒,根本无法感觉,所以自古以来,人们就认为所有看到的就是当时的样子。但随着科学发展,在遥远距离的空间,就不能忽略这种延滞性了。比如我们看到的月球,距离我们约40万公里,月球的样子就永远是1秒钟前的样子;太阳距离我们1.5亿公里,看到的太阳就永远是8分多钟前的样子。

夜空中的星星就更远了,除了几颗行星,我们看到的所有恒星都是光年级距离,1光年就是光速走一年的时间,约为9.46万亿公里。肉眼看到最近的恒星是半人马座a星,距离我们约4.3光年;看到最远的恒星是船底座的海山二,距离我们约7500光年;看到最远的星系是仙女座大星系,距离我们254万光年。

我们看到的这些恒星、星系就是几光年甚至几百万光年前的样子了,它们现在的样子已经改变了,但要过几年甚至几百万年,人类才能够看到。

  • 人眼能看多远不是由自己决定

谁也无法决定自己能看多远,因为我前面说了,人眼看物体是被动的,只要这个物体的光传到了视网膜,我们就能够“看”到。因此能看多远,取决于多远的物体之光能不能到达我们的视网膜。

那么什么物体的光能够传得更远呢?这取决于物体的亮度和大小,简单说来,就是物体光度(亮度)越大,物体本身体积越大,其光线就传播得就越远;反之物体越暗淡,体积越小,其光线传播距离就越短。

如仙女座星系距离我们254万光年,由于其体积大,亮度大,我们也能够看到;而一个完全不发光的物体即便放在我们面前,我们也无法看到。如在漆黑的屋子里,各种物体就在眼前也无法看到;一个小于我们视角的物体就在我们的巴掌上我们也看不见,比如我们的手掌上生存着亿万个细菌,能看到吗?

人眼分辨物体的能力以视角和光度来衡量,也就是说,当这个物体到达人眼时还有一定的夹角,人们才能够“看到”;同时这个物体必须具有一定亮度时,人眼才能够感知 。人眼最小分辨夹角计算公式为:△θ=1.22λ/D=3.4*10^-4rad≈1’(λ=550nm,D为瞳孔最小直径)。

这个公式说明,人眼看到的东西小于1’(1分角)时,就无法分辨物体细节,只能看到一个点。所谓“明视距离”就可以让我们更直观地理解视角问题,即在距眼睛25厘米处,人眼分辨率约为0.1mm(毫米),就是两个物体间距在0.1mm时才能分辨出来。

任何物体在附近时角度很大,距离越远视角角度就越小了,当入射角小于1’以下,就无法分辨了。因此人们看到的恒星,除了极个别距离较近又很巨大的恒星,即便用再大的望远镜看,也只能看到一个亮点,根本无法看到其圆面。

由于恒星亮度和体积大小不同,距离我们最近的比邻星,只有4.22光年,但由于其体积小亮度弱,我们肉眼也无法看到;而距离遥远254万光年的仙女座星系,我们还能看到,而且是很大一片;海山二也是由于体积和亮度很大,才成为人类肉眼能看到最远的恒星。

人类肉眼能够感光的最小亮度一般要至少3个光子,还要在极黑的环境中才能够感光到。因此有些天体尽管巨大,但由于距离太远,很难有3个光子能够进入肉眼,所以也无法看到。人们利用望远镜,就是将远方的物体放大,让这些物体进入人的肉眼时更大更亮,才能够被人类“看到”。

哈勃望远镜通过放大效应,相对人类眼睛视力提升了6.3亿倍,因此可以把远方到来的非常微弱光线通过放大让人类视网膜感光,现在人类看到最远的天体距离我们130多亿光年了。但这也不是我们“眼光”过去抓住的,而是这些光经过130多亿年的奔波来到了我们面前。

理论上,如果天体足够大,亮度足够强,只要到达人眼的视角超过1’,亮度超过3个光子,不管这个天体距离我们多远,就都能够看到。因此人眼看物体没有距离限制,只有到达眼睛里的物体大小和亮度限制。

来源:时空通讯

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