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很遗憾地告诉你,从太空中并不能看到中国的长城

2024-08-17科学

在我还在上小学的时候,有位朋友告诉我,阿波罗号的宇航员从月球上能看到中国的长城。

如今若有人再提起此事,我几乎会本能地知道这是无稽之谈。当然,那时的我远没有现在这般多疑(而且对光学、生物学一无所知),我的第一反应是:「太伟大了!」

那么,就让我们来探究一下为何这个说法不可能成立。

问题的核心(正如许多「你能从太空看到xxx」的论断一样)在于分辨率。这是天文学家用来描述区分两个紧密相邻物体的能力的一个术语,与之相对的是,如果两个物体靠得太近,它们就会融合成一个点而无法分辨。你或许有过这样的体验:在夜晚的高速公路上行驶时,你会把迎面驶来的汽车的车灯看作一个光源,直到汽车靠近到足以显示出实际上有两个车灯为止。

分辨率通常以角度来表示,这个角度由物体的大小和它与观察者的距离决定。以一个具体的例子来说,月球宽约3500公里,距离地球约38万公里;计算后你会发现,月球在天空中看起来大约有0.5度宽(你可能还记得,一个圆——比如你周围的地平线——的周长是360度)。

人类眼睛的平均视觉分辨率约为1分(1度等于60分);视力极佳的人可能能分辨出半分大小的物体。月球在天空中远大于此,因此它看起来像是一个圆盘,上面的特征清晰可见。

那么,中国的长城呢?虽然它非常长,但这座建筑实际上相当狭窄。较宽的部分可能也只有10米左右。这样大小的东西能从月球上看到吗?

在月球到地球的距离上,长城看起来将只有十万分之一分那么细的一条线。要想分辨出这样的特征,大约相当于在不借助任何工具的情况下,从一公里外看到一根人发。我想你会同意,这绝对是不可能的!

但让我们稍微修改一下这个说法:假设我们现在处于低地球轨道上,从国际空间站(ISS)的穹顶舱中观察我们的地球缓缓转动。这个位置大约在地球表面上方400公里处,因此从那里看,长城的宽度大约是0.1分。即便如此,它仍然太小,肉眼无法看到!

不过,还是有一线希望的。如果物体非常长且与环境形成高对比度,我们的眼睛可能会更容易看到这些非常狭窄的物体。例如,绕地飞行的宇航员可以看到穿越沙漠的道路和海上航行的船只留下的尾迹。这对长城有帮助吗?

遗憾的是,并没有。长城由石头砌成,通常与地形对比度不高,而且它往往会随着地形蜿蜒曲折,特别是在陡峭的悬崖和丘陵附近。

我们也有实证支持这一点:宇航员们曾试图看到长城,但从未可靠地做到这一点。(显示任何细节的轨道快照都是使用长焦镜头拍摄的,其分辨率远高于人眼。)甚至中国的第一位航天员杨利伟也表示,他在轨道上无法看到长城,而他出于民族自豪感肯定会尽力尝试的。

上图为2018年,欧空局宇航员亚历山大·格斯特在国际空间站上用800毫米超长焦镜头看到的中国长城

我要指出的是,在某些特定条件下,从轨道上确实有可能探测到长城的存在。例如,在日出或日落时,太阳低悬于天际,长城可能会投下长长的影子,从而暴露其位置。但那并不是真正看到长城本身,对吗?

那么,其他人造物体呢?长城虽然长,但人类确实建造了更庞大的建筑。

埃及的金字塔显然是候选者之一。吉萨大金字塔的底部每边长约230米,这使得它很容易在低地球轨道上用肉眼分辨。虽然尘土飞扬的石块与周围的沙子对比度不高,但结构本身的光影变化可以提供更多的对比度:在低角度的阳光下,金字塔的一半被照亮,一半处于阴影中,从而在沙质景观中脱颖而出。前美国宇航局宇航员廖家骅声称看到过两座金字塔,而其他人则据说尝试过但失败了。

美国宇航局声称,中国的三峡大坝可以从太空中看到。我还没有看到宇航员实际发现它的报道,但应该是可能的。这座大坝非常巨大:其底部宽度超过100米,全长2.3公里。其棕褐色与它所横跨的长江蓝水形成鲜明对比,并在宇航员使用长焦镜头拍摄的照片中清晰可见。

值得注意的是,你并不一定要分辨出一个物体才能看到它。星星是很好的例子。虽然它们非常巨大,直径达数百万公里,但它们也极其遥远;即使是最接近的(除了太阳)也远在40万亿公里之外。它们都是肉眼无法分辨的点,但很容易看到(至少在晚上)。然而,在这种情况下,它们很明亮。即使某物无法分辨,只要它发出或反射足够的光,也能被看到。

这就是为什么在轨道上很容易看到城市灯光,而且在某些情况下甚至可能从月球上看到。一个困难是明亮的月球景观会破坏视野——月球上的宇航员很难透过刺眼的光线看到星星,尽管天空本身是黑色的。

此外,月球天空中的地球比从地球上看到的月球要亮得多,这使得城市灯光更难分辨。也许如果月球宇航员躲在一个大石头的阴影里,而地球正处于细细的月牙状,那么在我们星球的夜半球,城市可能会隐约可见。这将是一个有趣的实验,我希望未来的月球探险者能尝试一下。

在思考所有这些的同时,让我们转换一下视角:你能从地面上分辨出国际空间站吗?它的光线肯定是可以看到的,有时甚至会比金星还亮。

事实证明,答案是肯定的(某种程度上)。国际空间站宽约100米,这意味着当它直接从头顶经过并离观察者最近时,其大小可能略小于一分。因此,视力敏锐的人可能会看到它勉强比点稍大一些。我要指出的是,即使使用普通的双筒望远镜,你也可以很容易地看到它像一根短粗的线;我自己就试过。

最后,虽然从太空很难看到单个人造物体,但我们对地球的影响却显而易见。加拿大宇航员克里斯·哈德菲尔德在他的书【宇航员地球生活指南】中写道,从国际空间站上,他可以看到马达加斯加砍伐森林的影响,土壤被倾倒入海洋。气候变化加剧的野火产生的烟雾也很容易被发现。当然,从仅几百公里的高度,我们的城市就闪耀着强烈的光芒。

在太空中,人类是渺小的——但人类的影响却不小。