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  • 为什么星星看起来不模糊,尽管地球一直在动?

    为什么星星看起来不模糊,尽管地球一直在动?

    星星们由于地球自转产生了运动模糊。然而我们的眼睛足够快而这种模糊太小以至于无法察觉。公共领域图像,资源:美国国家公园管理局。

    为什么星星看起来不模糊,尽管地球一直在动?

    图解:星星在天空运动的轨迹。图源:indexedu.

    从地球上看,星星们是模糊的。只是由于人类视觉系统高时间、低空间的分辨率,导致人类以肉眼不太能注意到这种现象。在黑暗中快速旋转一根发光棒、烟火或手电筒,你看到的不再是一条独立的光线,取而代之的是一个模糊的光圈。这是因为发光棒旋转的速度超过了我们眼睛分辨出清晰图像的速度。物体的清晰图像在被称为“运动模糊”的过程中重合在一起。

    为什么星星看起来不模糊,尽管地球一直在动?

    图解:快速旋转的荧光棒。图源:quanjing.

    那为什么星星看起来不像旋转的发光棒一样?这是因为地球自转导致星星看起来像在天空中旋转,但是这种旋转速度很慢。星星们需要一天时间才能在天空中完成一个圆圈路径,而发光棒仅花费需要十分之一秒就能旋转一圈。因为星星速度很慢,所以我们的眼睛大部分时候都能跟上星星,但跟不上旋转的发光棒。星星当然也存在运动模糊的现象,只是比发光棒的运动模糊慢得多,因为星星运动得太慢了。用肉眼观看到的星星的运动模糊太慢,以至于我们肉眼相对较低的空间分辨率无法识别,而相机或望远镜就可以识别出来。

    为什么星星看起来不模糊,尽管地球一直在动?

    图解:星星在故宫上空运动的轨迹。图源:quanjing.

    有两个方法可以使运动模糊明显一些:(1)减少成像系统的时间分辨率(增加曝光时间);(2)增加成像系统的空间分辨率(使用更高功率的望远镜)。对于宇航员和业余爱好者来说,运动模糊是一种不良现象,因为这种模糊降低了成像的清晰度。因此高功率的望远镜用短时间或跟踪系统来最大程度地减少星星的运动模糊。跟踪系统跟踪感兴趣的星星的位置,同步移动望远镜,以保证星星待在视野中的同一个位置。地球绕着的北极-南极轴自转,所以天空中的星星看起来就像在绕北极-南极轴做圆圈运动。由于地球围绕太阳的轨道、太阳系围绕银河系的轨道等原因,星星还有其他相对运动,但是这些影响比地球自转的影响要小得多。

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    图解:地球自转示意图。图源:51wendang.

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    图解:射电望远镜。图源:quanjing.

    行星科学家[谁?]认为,在未来的十亿年中,随着太阳光度的增加,需要让地球远离太阳远一些。[1]提出各种机制来增加地球轨道的大小。[2]这些设想大多数都涉及使用各种重力辅助手段,将大型小行星或彗星多次抛在地球周围,以缓慢地将地球轨道推离太阳,然后将小行星或彗星悬挂在木星或土星周围以逐渐增加其动量,以便将地球轨道进一步向外推(这也将导致木星或土星逐渐靠近太阳,但是由于这些行星的体积很大,它们的轨道不会移动太多)。

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    图解:太阳系示意图。图源:mianfeiwendang.

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    图解:科幻电影《流浪地球》中点燃木星作为地球逃生推动力。图源:so.

    参考资料

    1.WJ百科全书

    2.天文学名词

    3. wtamu-精卫

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