肉眼可看数光年远的星星吗?

在望远镜尚未被发明或者说尚未被用作天文领域的时候,一些自然科学家都是靠着肉眼去观天,当然在工业科技水平尚不发达的时候,大气污染几乎不存在同时也没有现在城市中灯红酒绿的光污染,在以前的夜晚仰望星空会清晰地看到很多的星星,其实在小的时候印象最深的就是黑黑的夜漫天星辰,现在这样的景象只要在偏远的区域才能看到了。

在2018年的时候成都的科技机构,设定了“人造月亮”项目,并且计划在2020年可以发射首颗“人造月亮”,目的就是希望可以节省更多的能源,至少路灯是不需要了,他们承诺“人造月亮”的亮度是月光的八倍以上。如果这个项目真的实施了,以后就不用观星了,直接观“人造月亮”吧!

【眼睛成像的原理】

有人好奇人眼睛的观测极限到底有多远?其实这个问题并不准确,我们眼睛可以观测到多远主要的决定因素应该看观测对象。例如10光年外一颗大恒星,我们夜晚可以看到它高高挂在天空之上,但如果说10光年远外有一颗行星,它本身并不发光但可以反射出恒星光,那么我们的肉眼就无法进行观测了。

生物的眼睛其实跟望远镜还是比较类似的,在早期的时候人类甚至不知道人眼看东西的原理,一直都认为我们看见东西是因为眼睛发射出光线,即使现在也有很多人这样认为,但其实是大错铁错的。我们又不是超人,眼睛无法发射镭射光。我们看见一个物体,是因为这个物体的反射光射入到我们的眼睛,从而成像被视觉神经传递至大脑形成图像。

因为波粒二象性,我们知道光既可以是光例子有可以是电磁波,从粒子角度出发就是光子进入我们的眼睛从而成像,这也是用眼时间长会疲惫的原因,一直都在被光子“轰击”。而从电磁波角度就更好理解了,人类眼睛可以感知的电磁波波长范围在400~760nm之间,在这个区间的电磁波又被称为可见光。在可见光范围之外分别就是红外线和紫外线,很多射线或者无线电波我们肉眼是无法看到的。

因此望远镜也分为普通望远镜只能接收可见光,而射电望远镜可以接收宇宙中的高能射线,但是这些人类的肉眼是看不见的。哈勃太空望远镜就是典型的接收可见光,因此我们可以看到美丽的色彩缤纷天文图(后期处理),而我国的“天眼”就是射电望远镜,它们可以接收脉冲星的射电信号,一个像眼睛一个像耳朵。

【夜空中的点点繁星都是什么天体?】

全天肉眼可见的星星数量大约有6000颗,南北半球各可以看见3000颗左右的星星。在我们的概念中,天上一眨一眨的亮点都可以被看做是星星,那我们就看它们都是什么?距离我们有多远?

1.人造物体

这一点是最好理解的,在夜空中我们通常可以看到移动很快的星星,它们一般都是人造物体,例如飞机、国家空间站以及绕地球运行的卫星等等。最典型的例子就是上个世纪美国铱星公司发射的六十六颗人造卫星,用来实现全球性卫星通信。这些卫星的天线都是表面非常光滑的,类似于镜面一样,当它们从地面高度700公里的轨道上滑过的时候,会发射太阳光,在地球上肉眼可以看到一个个小光点,视星等都在5左右。

2.太阳系内行星

太阳系内八大行星,其中五颗我们是肉眼可见的,如:水星、金星、火星、木星、土星。其中距离我们最远的就属于土星了,它排在第六个轨道上,和地球位于太阳同侧最近距离是9天文单位(13.5亿公里),和地球位于太阳异侧最远距离是11天文单位(16.5亿公里)。下边的图片是NASA卡西尼号土星探测器拍摄的照片,从图片中可以看到我们的地球是一个像素的小亮点。

3.银河系内恒星

其实也万看到的星星百分之九十九以上都是恒星,并且这些恒星都是银河系内太阳系周边的恒星,最近的几光年,最远的近千光年也有。例如著名的参宿三距离我们就在1200光年远外,天津四距离我们2600光年远外,海山二距离我们7500光年远外。但是这些恒星距离我们实际上并不能算远,因为银河系很大,最新数据直径大约是20万光年,太阳系位于银河系的旋臂之上,距离银心大约2.6万光年。

肉眼可见的银河系内恒星几乎都集中在上图中的小白圈之内。

4.河外星系

最后一个必须要提一下星系,宇宙中最常见的天体是恒星,而恒星聚集在一起就形成了特殊结构的星系,一般星系例如我们的银河系就包含有两千多亿颗恒星,它们聚集在一起远距离上看必然是很亮但是视直径会很小,因此看上去也像星星一样。

最典型的就是银河系的两个卫星系大小麦哲伦星系,大麦哲伦星系距离地球16万光年,位于剑鱼座。小麦哲伦星系距离地球20万光年,位于杜鹃座。在1521年葡萄牙航海家麦哲伦最先对它们进行描述,大小麦哲伦星系只在南半球夜晚可见。

除此之外就是仙女座星系(M31),这个星系也是肉眼可见的天体结构,直径在22万光年,距离我们254万光年,正在高速向银河系飞来,未来30-40亿年会和银河系发生碰撞融合,夜晚肉眼可见其是一个纺锤形的亮斑。

最后一个河外星系也是肉眼可见的最远天体三角座星系(M33),距离地球大约是300万光年,以下图片并非肉眼直接看到,而是由哈勃太空望远镜所拍摄。

【总结】

其实我们可以看出来肉眼看见东西,或者说肉眼可以观测的极限距离,主要影响因素应该是观测对象本身的大小、亮度等决定。例如描述天体的亮度有视星等和绝对星等之分,绝对星等一般可以代表这个天体的真实亮度如何,而视星等要考虑距离等因素,是我们肉眼可以看见的天体亮度。一般认为视星等小于等于六的,肉眼都可以看到。

太阳的视星等-26.74,月亮的视星等-12,金星的视星等-4左右。因此说我们的眼睛观测物体不能仅仅通过距离这一个因素来判断,最典型的例子就是即使近在咫尺的分子原子,我们的肉眼也是看不见的。

文/科学黑洞,图片来源网络侵删。