伸個拇指、眯個眼睛就能測出距離?戰爭片的場景是神話還是科學?

伸個拇指、眯個眼睛就能測出距離?戰爭片的場景是神話還是科學?

上圖中的場景在戰爭片中經常可以看到,一般做出這樣的動作,接下來就是一陣猛烈的炮擊,而且可以精確的打擊到目標物。

而一般使用這種方法就是為了測量目標物的距離,所使用的攻擊武器為迫擊炮,一種能夠發射弧線炮彈的武器。

一般迫擊炮的發射炮彈的初始速度是一樣,所以可以通過調節迫擊炮的發射角度,就可以準確的知道炮彈的落點。

這個出廠的時候就已經計算好了,什麼樣的角度能打到多遠的距離,都有詳細說明。

伸個拇指、眯個眼睛就能測出距離?戰爭片的場景是神話還是科學?

那麼目標的物體的距離呢?這就需要在實戰中根據具體的情況進行測量。

而我們在戰爭片中看到的伸個拇指就是在測量目標物的距離,這種方法稱為眼跳法測距,其實基本原理跟我們天文學上最基本的視差法是一樣的。

這個方法能夠測距的原因是,我們有兩隻眼睛,並且它們之間有一定的距離,還有一點就是光線沿著直線傳播。

現在你身處你伸出你的手臂,並且豎起拇指,放在你眼前的任何位置,然後輪流閉上左右眼睛,你就會看到拇指的位置會落在遠處參考物不同的位置上。

這種左右眼看到物體位置的不同,就是我們所說的視差,而測距正是依靠視差來進行的。接下來我們就說下拇指測距的原理。

伸個拇指、眯個眼睛就能測出距離?戰爭片的場景是神話還是科學?

如果你是一個迫擊炮手,現在要準確的打擊到遠處的目標物,那麼你就要知道目標物和你的距離,然後根據這個距離調節迫擊炮的角度。

接到命令以後,你只需要伸出你的右臂,然後豎起大拇指,但這是你不能把大拇指放在眼前的任何位置的,而是要讓你的拇指和右眼保持在一條直線上,並且和目標物對齊。

這個很簡單,光線沿直線傳播,兩點一線你很容易能夠對齊。就像上圖那樣,右眼、拇指、目標。

對齊以後手臂不要動,保持穩定,現在閉上右眼,睜開左眼,你就會看到手指落在了其他位置上。就像上圖中的左眼、拇指和遠處的任何參照物。

完成以上的操作,你就瞬間在空間中構建起了兩個相似三角形。

伸個拇指、眯個眼睛就能測出距離?戰爭片的場景是神話還是科學?

求解這個三角形的任何邊長角度,都是簡單的幾何知識了,初中就可以完成。上圖就可以看到其實我們要知道的是Y的距離。也就是你和目標的距離,再準確一點就是再加上你手臂的距離。

上圖中兩個相似三角形頂角是相等的,所以我們就能寫出X/Y=A/B。

那麼Y=XB/A。其中A就是你瞳孔之間的距離,B就是你手臂的距離,X就是視差偏移的距離,其中A、B這兩個量是已知的,作為一個優秀的炮手,你早就對你的身體的參數瞭如指掌。

如果你是個新手,身材與大部分人不相上下,你也可以利用大多數人的參數,B/A大約等於10。

最難的地方就是你如何確定X,這就是一個優秀炮手和一個垃圾炮手的區別所在了。

如果你要攻擊別人的一輛坦克,拇指對準坦克的頭部,然後左眼看見拇指偏移到了背景的右邊,坦克的長度是已知的,那麼你就應該根據經驗估算出偏移的距離能夠放幾個坦克,並且知道偏移量X是多少。

如果你要攻擊敵人的碉堡,首先應該掌握敵人碉堡的尺寸,然後把拇指對準碉堡的一個遍,睜開左眼,就會看到拇指偏移,然後根據碉堡的尺寸進而估計出偏離的距離。

這就是要你擁有豐富的實戰經驗,但是對於一個老手來說,就是瞬間完成的事。非常簡單。

那麼天文學上的視差法怎樣測量星星的距離呢?

和迫擊炮手的原理相同,但方法不同。

視差法有個特點,就是拇指距離你雙眼越近,那麼你交替雙眼觀察拇指的時候,拇指相對於遠處固定的背景偏移的量就越大。

現在你伸出手臂,這回伸出一半,試著看下拇指,然後再把手臂伸直再看,你就會發現區別。

那麼要是我們看非常遙遠的一個樹木、山頭呢?你就會發現,就算你交替雙眼,已經很難分辨出兩者之間位置的偏差了。

這是因為這些物體離你太遠,也是因為你的兩個瞳孔之間的距離太近了。所以你想要在原地站著測量天體的距離是不可能的了。

例如利用視差法測量月球的距離,就要在兩個相隔數千公里的地方,分別觀察月球,然後測量出月球相對於恆星背景在天空中偏移的距離。根據這個距離在天空中所佔的角度大小,就能知道這次測量的

視差角。

我們知道了等腰三角形的頂角,知道了它的底邊長度,很容易就能算出月球距我們的距離。

月球還相對較近一些,但是想要測量遙遠的恆星,就算是把地球的直徑當作基線,也很難看出某一刻橫向相對於整個恆星背景的偏移,那怎麼辦?

伸個拇指、眯個眼睛就能測出距離?戰爭片的場景是神話還是科學?

我們把地球繞太陽的軌道直徑當作了基線,首先在1月份的時候某一個特定的時間觀察目標恆星的位置,然後再六月份地球轉到繞太陽軌道另一邊的時候,再在同一時間測量這顆恆星再天空中的位置。

根據這個位置的偏差我們就能知道以地球軌道直徑為底邊的等腰三角形的頂角是多少,然後簡單的三角函數算出這顆恆星距我們的距離。

非常簡單,這種方法的侷限性非常大,因為地球的軌道直徑是我們能夠用到最長的基線了。所以這種方法測量恆星距離的範圍非常有限,一般就能測個銀河系內的恆星和天體。

現在我們已經很少用視差法測量天體的距離了,而且在更加遙遠的地方我們可以通過變星的周光關係、超新星等一系列方法可以測算出數百億光年的距離。

但是簡單的幾何關係,在人類歷史上的測距問題上發揮了重大的貢獻,在歷史上人類首次的天體、天文測距任務都是通過幾何方法算出來的。

例如公元前3世紀的埃拉托色尼就利用幾何通過定量的方法知道了地球是個球,並且算出了地球的周長;

也在同一時期,古希臘學者阿里斯塔克斯通過簡單的幾何首次為人類算出了月球以及太陽的距離,雖然不準確,但也算得上是一次科學史上的壯舉。

伸個拇指、眯個眼睛就能測出距離?戰爭片的場景是神話還是科學?

小小的拇指測距,小小的迫擊炮發射前的動作,其實也包含著深刻的科學。它也是天文學發展的基礎。


分享到:


相關文章: