太阳系的行星,为什么亮度存在巨大的差异?

太阳系的行星是一个动态的系统,从地球上观察行星,这些天体不仅仅在天空中移动,而且亮度也会发生变化,行星的亮度取决于复杂的外界环境,行星与地球的距离,是最重要的因素——月球并没有其他行星的体积大,但是由于月球距离地球非常近,因此月亮看起来要比其他行星更亮。

除了最直接的距离变化,行星的亮度还取决于行星与太阳的距离、行星的大小、行星的表面质地等等因素。行星的发光亮度,是一个非常复杂的“公式”。

距离是决定亮度的关键因素:

从地球上看一颗行星有多亮,首先需要计算这颗行星的亮度,而行星的亮度取决于行星与太阳的距离。在太阳系中,目前只有地球可以在夜晚自行发光,其他行星都依靠太阳光的反射发光。

距离太阳越近的行星、表面积越大的行星,往往可以反射更多的太阳光,金星的太阳反射率非常高,大约可以到达70%,这主要是因为金星大气层具有很高的反射率,因此金星在地球上很容易观测。相比之下,月球的反射率只有12%,绝大多数的光线都被吸收,但是月球距离地球实在是太近了,因此夜晚的月亮还是要比金星更加明显。

行星的亮度和距离为平方反比的关系,观察20公里外的行星,亮度为10公里外相同行星亮度的四分之一,30公里外的行星,亮度则将为九分之一,距离的增加会让行星的视觉亮度快速下降。

距离是决定行星亮度的关键因素,行星与太阳的距离,决定了行星反射太阳光的能力,距离太阳越近,行星就可以反射更多的光线;地球与行星的距离,决定了地球的观测亮度,距离地球越近,能够观测到的亮度比例越高,距离越远,亮度就会呈现指数下降。

在观测天文现象时,距离往往是观测的重要参照,如果天文现象的发生地距离地球很近,那么就可以通过肉眼、普通天文望远镜进行观测,但是天文现象如果距离地球非常遥远,就需要专业的天文观测设备进行观察~

“物理细节”同样影响行星的亮度:

太阳系中,每一个天体都有其独特的特征,比如金星、地球存在大气层,水星却没有大气层,而大气层和岩石地表对太阳光的反射效果是截然不同的。

行星的体积、质量,也会影响行星的亮度。体积越大的行星,星球表面积更大,反射产生的亮度越强,从地球上来看,体积较大的行星更容易在夜空中区分;行星的质量,决定了行星的引力,而引力作用也会对光线产生影响,就像物理学的极限天体黑洞,巨大的引力作用让光线无法逃脱,黑洞也就成了漆黑的天体,质量过大的天体,会让光线难以传递到地球,进而导致亮度降低。

太阳系中,并没有能够对光线产生明显影响的天体,但是科学家预测的“九号行星”,有可能是太阳系外围的一颗原初黑洞。如果“九号行星”是一颗小型黑洞,想要直接观测的难度会非常高,因此科学家虽然检测到天体的轨道异常,却一直没能找到这颗大质量天体。

太阳系的行星是一个动态系统,行星与地球的相对距离,决定了每一颗行星的观测难度。

虽然金星是地球的“邻居”之一,但从行星轨道上来看,水星在绝大多数时间里,都要比金星更靠近地球。行星最接近地球的时间段内,是观测行星的最佳方式,往往使用简单的天文望远镜,就可以观察到很多行星的细节。

行星在轨道的移动,类似月球和地球的关系,随着行星角度的变化,面朝太阳的反光面也会逐渐变化,地球可以观察到行星的不同面积,就像月亮也会出现新月和满月。在今年12月4日,进行将进入到“满月”阶段,亮度以及观测面积,大约是平时的3倍左右。

总结:

行星的亮度,是我们判断观测难度的基础,了解行星的不同亮度,才能帮助我们成功观测到各种行星。

太阳系中,太阳的亮度大约为-26.7等星,在天空中是非常明亮的天体,而人类肉眼能够观察到的最暗天体为6等星(等级相差1亮度相差2.5倍),天文望远镜可以看到8等星,哈勃深空望远镜的极限为28等星。

了解行星的亮度,了解自身观测的极限,我们就可以在宇宙中自由观测到达观测能力的各种天体~