在59億公里外的冥王星上,太陽已經變成了星星,那裡還有白天嗎?

2024-05-15     魅力科學君

冥王星的公轉軌道位於海王星之外,它曾經被認為是太陽系中距離太陽最遠的行星,但隨著天文學的發展,人們逐漸意識到這顆星球不太符合行星的標準,因此在2006年8月24日,天文學家通過投票的方式,將其「降級」為矮行星(編號為134340),從此之後,太陽系的九大行星,就變成了八大行星。

雖然冥王星不再被視為行星,但它在我們人類的心目中仍然占據著重要的地位,並將其視為太陽系中的主要星球之一,所以在提到太陽系中那些遙遠的星球的時候,我們通常都會想到冥王星。

我們知道,對於同一個物體來講,它距離我們越遠,在我們眼中就顯得越小,反之亦然。所以我們不難想像出,在遙遠的冥王星上看到的太陽,當然會比在地球上看到的太陽更小,具體有多小呢?實際上,儘管我們目前暫時還不能親自到冥王星上去,但通過理論上的計算,我們也可以知道這個問題的答案。

一個物體在我們眼中的大小,可以通過「視直徑」來進行定量描述,所謂的「視直徑」,就是指我們肉眼看見的物體的視角(單位為度、分、秒)。我們先來看一張簡單的示意圖(如下圖所示):

圖中的α、R和d,分別代表物體的「視直徑」、物體的半徑以及物體與我們之間的距離,根據三角函數關係,我們可以簡單地推導出這樣一個公式:「tan(α/2) = R/d」,所以「視直徑」就可以通過公式「α = 2arctan(R/d)」來進行計算(註:「tan」和「arctan」分別代表正切函數和反正切函數)。

已知太陽的半徑約為69.6萬公里,冥王星與太陽的平均距離約為59億公里,將這些數據代入上述公式可知,冥王星上看到的太陽,其「視直徑」約為0.0135度。

這是什麼概念呢?這樣說吧,地球上的我們在夜空中所能看到的星星,有幾顆其實是太陽系中的行星,木星就是其中之一,而我們肉眼所見的木星,其「視直徑」大約為0.011度,也就是說,冥王星上看到的太陽,只比地球上看到的木星稍微大了一點點。

(圖中最亮的那一顆星星,就是木星)

在59億公里外的冥王星上,太陽已經變成了星星,這樣的情況不禁令人好奇,那裡還有白天嗎?實際上,這其實取決於冥王星上看到的太陽有多亮,而通過理論上的計算,我們同樣也可以知道這個問題的答案。

一個天體在我們眼中的亮度,可以通過「視星等」來進行定量描述,簡單來講,「視星等」的概念最初由古希臘天文學家喜帕恰斯提出,他將自己編制的星表中的1022顆恆星按照亮度劃分成了6個等級(即1等星至6等星,如下圖所示)。

這個概念後來被天文學家廣泛採納,為了更好地描述宇宙中的眾多天體,天文學家對其進行了改進和量化。

根據現代天文學的定義,「視星等」的每個等級之間的亮度差為2.512倍,數字越小,表示天體的亮度越高,數字可以為負數,而1勒克司(註:這是一個亮度單位)的「視星等」就為-13.98。

與「視星等」相對應的,還有一個概念被稱為「絕對星等」,它反映的是天體真實的發光本領,我們可以將其簡單地理解為,在距離10秒差距的位置上看到的天體亮度,就是這個天體的「絕對星等」。

「視星等」和「絕對星等」可以通過一個簡單的公式「m = M - 5lg(d0/d)」來進行換算,其中的m和M分別代表「視星等」和「絕對星等」,「lg」是以10為底的對數函數,d0代表10秒差距,d則代表觀察者與目標天體的距離。

根據科學家的測算,太陽的「絕對星等」約為4.83,而10秒差距的距離大約為32.6光年,前面有提到,冥王星與太陽的平均距離約為59億公里,換算下來大約是0.0006236光年,將這些數據代入公式可得,冥王星上看到的太陽,其「視星等」約為-18.76。

作為對比,我們在地球上看到的太陽,其「視星等」約為-26.71,滿月的「視星等」約為-13,正如前文所言,「視星等」的每個等級之間的亮度差為2.512倍,據此我們就可以計算出,冥王星上看到的太陽,其亮度大概只有我們在地球上看到的太陽亮度的1500分之1,但卻是我們在地球上看到的滿月亮度的大約200倍。

顯而易見的是,這樣的亮度當然是可以把冥王星照亮的,因此可以說,在59億公里外的冥王星上,其實還是有白天的,只不過與地球相比,那裡的白天要昏暗很多。

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