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在59亿公里外的冥王星上,太阳已经变成了星星,那里还有白天吗?

2024-08-12科学

冥王星的公转轨道处于海王星外侧,曾被视作太阳系中距太阳最远之行星。然而,伴随天文学的演进,人们渐觉此星球未达行星之标准。于是,2006 年 8 月 24 日,天文学家以投票之法,将其「降格」为矮行星(编号 134340),自此,太阳系的九大行星遂变为八大行星。

尽管冥王星已不再被认定为行星,然而其在人类心中依旧具有重要地位,且被视作太阳系的主要星体之一。因此,当提及太阳系中那些遥远星体时,冥王星往往会被我们想起。

我们需明确,同一物体,其距我们越远,于我们眼中便越小,此理反之亦成立。由此可推想,在遥远的冥王星上所见之太阳,定然比在地球上所见之太阳更小。那么,究竟小多少呢?诚然,当下我们暂且无法亲身前往冥王星,但借由理论计算,我们亦可得出此问题的答案。

物体于我们眼中的大小,可借由「视直径」予以定量阐释,此「视直径」即为我们肉眼观测到的物体的视角(其单位为度、分、秒)。接下来,我们先阅览一张简易的示意图(见下图):

图中的α、R 与 d,依次表示物体的「视直径」、物体的半径以及物体和我们的距离。依据三角函数关系,能够简便地得出一个公式:「tan(α/2)=R/d」,因而「视直径」可借助公式「α = 2arctan(R/d)」予以计算(注:「tan」和「arctan」分别为正切函数与反正切函数)。

太阳半径约为 69.6 万公里,冥王星与太阳的平均距离约为 59 亿公里。经将这些数据代入相应公式可得,在冥王星上观测到的太阳,其「视直径」约为 0.0135 度。

这是何种概念呢?如此来讲,在地球上的我们于夜空中能够望见的星星中,有若干颗实则为太阳系内的行星,木星便位列其中,而我们肉眼所观测到的木星,其「视直径」大概是 0.011 度,换言之,在冥王星上所看到的太阳,仅比在地球上看到的木星略大些许。

(↑图中最为明亮的那颗星,即为木星)

于 59 亿公里之遥的冥王星处,太阳仿若星辰,此种情形使人不禁心生疑问,此地是否仍存白日?实则,此问题取决于在冥王星上所见太阳的亮度,且借由理论计算,我们亦可明晰该问题的答案。

天体于我们眼中的亮度,可借由「视星等」予以定量阐释。简而言之,「视星等」这一概念最初由古希腊天文学家喜帕恰斯提出,他把自己所编制星表中的 1022 颗恒星依亮度划分为 6 个等级(即 1 等星至 6 等星,详情见下图)。

此后,这一概念受到天文学家的普遍认可,并被其用于更优地阐释宇宙内的诸多天体,且天文学家对该概念予以了改良与量化。

依现代天文学之界定,「视星等」各等级间的亮度差值为 2.512 倍,数值越小,则表明天体亮度愈高,该数值可为负,且亮度为 1 勒克司时,其「视星等」为 -13.98 。

与「视星等」相对的,存在一个名为「绝对星等」的概念,其体现的是天体实际的发光能力。我们可将之简要阐释为,于距离 10 秒差距之处所观测到的天体明亮程度,即为该天体的「绝对星等」。

「视星等」与「绝对星等」可借助一个简易公式「m = M - 5lg(d0/d)」予以换算,在此公式中,m 和 M 分别表示「视星等」与「绝对星等」,「lg」为以 10 为底的对数函数,d0 为 10 秒差距,d 为观测者和目标天体之间的距离。

据科学家测算,太阳的「绝对星等」约为 4.83,10 秒差距的距离约为 32.6 光年。此前提及,冥王星与太阳的平均距离约为 59 亿公里,折合约 0.0006236 光年。将上述数据代入公式,可得在冥王星上观测到的太阳的「视星等」约为 -18.76 。

相较而言,在地球上观测到的太阳「视星等」约为 -26.71,满月的「视星等」约为 -13。如前文所述,「视星等」每级之间的亮度差异为 2.512 倍。由此可算出,在冥王星上所见太阳的亮度,大约仅为地球上所见太阳亮度的一千五百分之一,然而却是地球上所见满月亮度的约两百倍。

显然,此种亮度足以照亮冥王星,由此可见,在距地球 59 亿公里之遥的冥王星上,确有白天存在,然而,相较于地球,其白天要黯淡许多。