03.01 航天员在大气层外飞行时,尽管太阳光线耀眼,但其他方向的天空却是黑的,甚至可以看见星星,为什么?

姜胃志


首先要明白一点,之所以我们可以看到东西,都是因为外界的光飞入眼睛中,人的大脑可以感知这些光(可见光)。在晴天时,我们总会看到天是蓝色的,这是因为可见光中波长较短的蓝紫光进入了我们的眼睛。那么,我们看到的这些蓝紫光又是从哪里来的呢?

这与气体分子的瑞利散射有关。地球表面上方覆盖着一层大气,其中的主要成分包括氮气、氧气、氩气以及二氧化碳。太阳光是一种复合光,当它们进入地球大气层时,波长较长的红橙光会直接穿过大气层,而波长较短的蓝紫光会被大气中的气体分子沿着各个方向散射,这就是瑞利散射。正因为如此,我们在地球表面上会看到蓝色的天空。

到了太空之后,情况就不一样了。太空是空荡荡的空间,除了天体之外,几乎不存在任何气体。所以太阳光在太空中会一直向四周沿着直线(测地线)运动,而不会出现散射的情况。于是,宇航员在太空中只能看到对准他们并直接进入眼睛中的光,而太阳周围发出的光朝向四面八方运动,并不会进入到宇航员的眼睛中,所以太空看起来是黑的。而遥远恒星发出的光在太空中不会被太阳光淹没,只要星光在进入到宇航员的眼睛之前不被太阳挡住,宇航员就能在太空中看到星星,包括那些在太阳附近的背景恒星。事实上,如果地球没有大气层,即便在白天也能看到天空中的星星。

此外,有些人可能会疑问了,为什么宇航员在太空中拍摄到的月球或者太阳照片都没有显示背景恒星呢?

这个原因就是背景恒星相对于月球和太阳太暗了,想要使明亮的月球和太阳不会过曝光,背景恒星的曝光就会不足,所以照片上就无法显示出来。如果想要拍摄到昏暗的背景恒星,那么,月球和太阳都会因此而过曝光。