地平线附近的大月亮

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  小小的月亮在贴近地平线时看起来格外大,这个视错觉究竟是为什么?这个问题从有史以来就困扰着天文学家们,至今没有得到明确的解答。
  古诗里的大月亮
  在天文学上有一个显而易见却“不该出现”的现象,那就是当太阳或月亮处在地平线附近的时候,它们会显得格外大。其实我们在小学课文《两小儿辩日》里就已经见到过古人对这个问题的关注了,那就是“日初出大如车盖,及日中则如盘盂”。
  同样,在宋朝大诗人陆游的诗句里我们也可以看到对这个现象的描写:
  晓出东城
  宋·陆游
  听彻清笳听晓钟,据鞍漏鼓尚冬冬。
  西楼落月径三尺,北岭乱云生半峰。
  苍磴幽寻过古寺,绿畴小驻劳春农。
  烟村已远犹回首,恐有鹓雏与伏龙。
  古代夜里以钟鼓报时,一夜五更。钟鼓未尽,诗人已经上马启程东去。回望西楼,看到了大大的月亮正在落下,看上去足足“径三尺”。由于陆游是在清晨看到满月正在落下,由此我们可知,这天是夏历十五前后,月亮和太阳正好相对。出城之后,诗人看到了一派郊野春色:田野、古寺、乡村和劳作的农民。鹓雏(yuān chú)是传说中的瑞鸟,类似凤凰,在《庄子·秋水》篇中,庄子就曾经以“鹓雏”自喻。所以这里类似《三国演义》里用来比喻诸葛亮和庞统的“伏龙、凤雏”,即隐居民间的贤才。
  我们平时在高空见到的月亮,其实挺小的。一般描写月亮会比喻成“玉镜”“玉盘”,比如李白写月亮“小时不识月,呼作白玉盘”,宋代范成大“星汉淡无色,玉镜独空浮”,古人用的铜镜、盘子,大不过一尺。所以陆游才会在这首诗里写下了落月“径三尺”给他留下的深刻印象。其实如果我们仔细琢磨一下其他描写地平线处月亮或太阳的诗句,也同样能够体会到“大月亮”“大太阳”的存在。
  杜甫《旅夜抒怀》诗中写道“星垂平野阔,月涌大江流”,以及孟浩然的《宿建德江》“野旷天低树,江清月近人”,不约而同地描写在旷野、大江之上“涌出”的月亮,视觉效果如此震撼,当然是月望时节傍晚“近人”的“大月亮”。王维《使至塞上》“大漠孤烟直,长河落日圆”则是借沙漠作为背景描写孤烟、长河与落日的塞外风光,场面宏大,这显然也是一轮“大太阳”。只是如今城市的地平线都已经被高楼大厦遮蔽,我们很难见到了。
  大月亮错觉
  “海上生明月,天涯共此时。”月亮在低空时看上去感觉比在高空时要大,这个现象被称为“大月亮错觉”(Moon illusion)。地平线上的“大月亮”,不是只有几个人才能见到的特殊现象,古今中外人见皆同,在许多文化中都有记录。
  当然,大多数古代文明可能会像《列子·汤问》中记述的那样,认为“大月亮”“大太阳”是由于距离变化引起的。不过只要我们对现代天文学有所了解,就知道这种说法根本不会成立——由于地月距离关系的变化,月球的角直径会发生改变,从33.5角分(在近地点)到29.43角分(在远地点)之间变化。
  在同一天里,太陽、月亮的大小不会有明显变化。月亮直径虽然有3 476千米,它到地球的距离是38.4万千米;太阳直径139万千米,可它距离地球1.5亿千米。太阳的直径和距离都是月亮的约400倍,这个巧合决定了我们眼里看到的太阳、月亮大约只有30角分,因此它们看上去是相当小的。
  公元前4世纪,亚里士多德曾认为,在地平线附近的月球看起来比较大是地球大气层的放大作用造成的,但这是他老人家又一个著名的错误认识。实际上,由于在高空月亮离我们可以说更近了一点儿(考虑地球半径),它在地平线上应该显得更小才对;而且在地平线上,大气层的折射作用不但不会放大,反而会在竖直方向上压缩一点儿。
  有意思的是,虽然我们看来在地平线上满月要大很多,但如果我们用仪器去测量它时,却会发现,对于地平线上和在高空的月亮,测量结果却是一样的。这一点在连续拍摄的月亮升起或者日食、月食的照片(月球串像)中更为明显。这就说明,“大月亮错觉”实际上发生于我们对太阳、月亮的观察之中,是我们的大脑在处理过程中发生的问题。
  古老问题的探索
  对于“大月亮错觉”最早的一种貌似合理的解释是,在地平线附近有很多建筑物可以做对比让我们觉得月亮很大,而在空旷的高空没有什么参照物可以让我们去感受月亮的大小。这种由于参照物变化而产生的错觉后来被称为“艾宾浩斯错觉”。
  另一种解释则认为,月亮看上去大小不一样,是因为我们对于“天”的距离的认知并不是一个完美的球形,而是顶部平坦的穹顶。我们在抬头看天的时候,总是认为头顶天空离我们比较近,而地平线附近的天离我们非常远。那么,由于月亮的实际大小是不变的,所以当它位于“离我们比较远”的地平线上时,我们大脑经过处理会认为地平线上的月亮比较大,所以进行了“脑补”。这个解释是在公元200年左右由克莱门德(Cleomedes)提出来的,叔本华也在1813年指出,“月亮错觉完全是理性,而非光学或感官错觉”。
  1989年出版的一本关于月亮错觉的专著中,由不同的研究者给出了24种解释。2002年的另一本专著则指出,在目前数十种解释中还没有任何一种理论能够获得决定性的胜利。
  美国天文专栏作家菲尔·普莱特(Phil Plait)还提出了一个“消除”大月亮错觉的有意思的方法,他建议当我们看地平线附近的月亮时,可以“拿大顶”,头朝下脚朝上,这样月亮看起来就跟高空月亮是一样大小了。是不是这样?你来试试看吧。
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