如果光一直沿直線傳播,為什麼我們不能用肉眼看到遙遠的星系?當然,如果您凝視了足夠長的時間,它們發出的光線最終會擊中您的眼睛嗎?抱歉,這是一個愚蠢的問題:)
如果光一直沿直線傳播,為什麼我們不能用肉眼看到遙遠的星系?當然,如果您凝視了足夠長的時間,它們發出的光線最終會擊中您的眼睛嗎?抱歉,這是一個愚蠢的問題:)
當然,如果您凝視得足夠長,它們發出的光最終會擊中您的眼睛嗎?
長時間收集光就是望遠鏡如何看到非常暗的物體。人類的視覺系統無法正常工作。
一方面,即使您認為自己盯著某個東西,眼睛仍然會跳動一點。這是一種內在的反應,稱為眼部微震。這些微震似乎是使視覺系統正常運行的重要組成部分。
另一方面,您的眼睛不會且無法在任意長時間(如攝影望遠鏡所能捕捉到)中收集光。在眼睛以及大腦的整個過程中,都會發生大量的信號處理。這種信號處理取決於短時間內收集的光。
我們的視覺系統不斷發展,可以在光線充足的條件下看到食物,朋友和危險。我們非常擅長在光天化日之下觀看運動。我們不擅長看到靜止的物體,也不擅長在非常黑暗的天空下看到幾乎看不見的信號源。
裸眼天文學受到人類視覺系統的限制。我們可以看到的最遙遠的物體是Triangulum Galaxy,並且只有在非常黑暗和非常晴朗的天空的條件下。
根本不是愚蠢的問題,但實際上,您可以用肉眼看到遙遠的星系。從北半球,如果您知道要看的地方,可以看到我們最大的鄰近星系仙女座星系,並且該星系在相當暗的地方。從南半球可以看到兩個較小但較近,不規則的星系,分別是小麥哲倫星雲和大麥哲倫星雲。
看不見更遠星系的原因是由於反平方律:隨著輕粒子(光子)從星系(或任何其他光源)中退去,它們分佈在不斷增加的表面上。這意味著給定區域的檢測器(例如,您的眼睛)在離星系越遠的地方捕獲的光子越少。該法則說,如果平均在一個時間間隔Δt中它檢測到距離D處有8個光子,那麼在相同的時間間隔中,距離2D處它將檢測到8/2 2 sup> = 2個光子。在4D距離處,它將檢測到8/4 2 sup> = 0.5個光子。或者等效地,檢測單個光子將需要兩倍的時間。你的眼睛還不夠好。望遠鏡的好處是:1)它的面積比眼睛大; 2)您可以將相機放在其焦點而不是眼睛,並以較大的曝光時間拍照,即增加Δt。 / p>
您的推理不僅適用於星系,也適用於恆星及其在宇宙中發光的任何事物,但是有一個重要的影響使它無效:光的吸收。
星系和星際介質充滿灰塵和氣體,有助於吸收和散射來自遠處物體的光。特別是在我們銀河系的平面上,我們仍然有大量的氣體和灰塵(銀河係是一個相對年輕的星系):的確,我們盡可能地將遙遠的物體對準 Lockman孔。
這對於低頻光尤其有效:在較高的能量下,X的散射和吸收標準量吸收材料的X射線和伽馬射線可以忽略不計(即使您看得越遠,物體越年輕,仍然沒有被恆星鎖定的灰塵和氣體就越多。)
也請考慮奧爾伯斯悖論,該悖論表明要擴展的宇宙符合unt叫著“黑暗的天空”。
光子很少-您的瞳孔很小。只有設法沿著與小瞳孔相交的路徑行進那麼多距離的光子才有機會被看到。僅有一些到達視網膜的光子實際上與記錄其到達的分子發生相互作用。
干擾-大氣中的分子,大氣中的塵埃,水的反射/折射在您的眼中,太陽系中的塵埃,奧爾特雲,銀河系中的星際塵埃,星際空間中的塵埃,路徑上所有的分子,都可能吸收少數光子中的任何一個並以不同的方向重新發射它們
穩定性-與您的眼睛相比,尤其是像哈勃望遠鏡這樣的望遠鏡確實可以。
曝光-從頭開始,這不僅是您的眼睛不停地微小變化,而且還呼吸,跳動心跳和其他事物,使非常模糊的圖像無法形成。哈勃深場圖像是在大約100個小時的曝光時間中收集的。保留時間-曝光時間會影響保留多少光子撞擊記錄表面的“數據”。您的眼睛不會記得光子甚至在一分鐘前就已在受體處註冊。您的眼睛根本無法進行“靜態攝影”。
光污染/普遍擴展-宇宙已經膨脹了數十億年。隨著它的擴展,通過空間傳播的光會更多地“伸展”到可見光譜的紅色末端。對於遙遠的星係來說,這實際上意味著來自它們的可見光已經轉移到足以被紅外反射到到達它的位置時才是可見的。現在,紫外線也會發生轉移,其中一些會變得“可見”。但是一旦到達大氣層,它便開始與任何分散的“光污染”效應混合在一起。跟踪哪些光子來自什麼來源,您的眼睛根本不好。
可能還有其他因素,但也許這些因素足以說明如何問題是大的。請注意,最初的100小時哈勃望遠鏡影像為天文學家帶來了很大的驚喜。即使使用以前可用的大型聚光望遠鏡,它們也無法獲得足夠的光來獲取有用的數據。較早的設備比您的瞳孔大得多,成像表面更敏感,並且“坐著”的時間可能比您長得多。而且它對遙遠的星系仍然有困難。
僅僅因為您可以保持眼瞼張開$ x $秒並不意味著您要收集$ x $秒的光並將其用於在大腦中形成單個圖像。您將如何“保存”照片?您將如何決定何時結束採光?和我一樣,您知道您不能簡單地將手指從大腦的快門釋放按鈕上抬起!
這是所有其他因素之上的(如其他答案所述)(但我想對此感到困惑特定點比其他答案略遠。)
我認為您的問題是對所謂的“奧伯勒悖論”的重新詮釋-即如果宇宙是無限的,為什麼夜空不是白的?
對此的答案可能是(a)宇宙不是無限的,或者(b)宇宙從來沒有永遠存在過,所以即使它是無限的
情況(b)被普遍接受-即宇宙是在有限的時間開始於“大爆炸”中-儘管(a)有爭議-可能無論如何宇宙都不是無限的。
人類可以看到單個光子嗎?
人眼非常敏感,但是我們可以看到單個光子嗎?答案是視網膜中的傳感器可以響應單個光子。但是,神經過濾器僅在不到100毫秒內至少有五到九個信號到達時,才允許信號傳遞到大腦以觸發有意識的反應。如果我們可以有意識地看到單個光子,那麼在很弱的光線下我們會遇到太多的視覺“噪聲”,因此該濾鏡是必需的,而不是弱點。
根據本文 http:/ /math.ucr.edu/home/baez/physics/Quantum/see_a_photon.html
由於遙遠星係並非總是這樣,所以我們看不到遙遠星系。
問題的核心已經得到解答,但是說明用肉眼觀察附近一個非常明亮的星系M81到底有多麼困難仍然很有趣。天文學家布萊恩·斯基夫(brian Skiff)講述了他在此處這裡的成功肉眼觀察。
現在,給定亮度的星系更難斑點比具有相同亮度的星星要好,因為它們具有擴展性。如果天空足夠暗,那麼您可以看到恆星像8級一樣微弱,但是您仍然很難發現7級的亮度。
此外,您只需要非常少量的光污染就可以使天空背景略微變灰以使銀河係從視線中消失,而隱隱可見的恆星的能見度基本上不受影響。這是因為在恆星的情況下,亮度隨天空位置的變化而具有非常強烈且狹窄的峰值,而對於星係而言,由於其擴展的性質,不會顯示出很大的峰值。兩種情況下的總亮度可能相同,但是使星係不可見所需的背景光的數量明顯少於恆星所需的背景光。