太阳变脸为哪般 变脸的太阳
时间：2019-01-21 03:28:45 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
有一则著名的故事,叫《两小儿辨日》。说的是孔子到东方游历,遇到两个小孩在争论,孔子便问他们在争论什么。一个小孩说:“我认为太阳刚刚升起的时候离人近,而到中午时就离人远了。太阳刚出时像车的伞盖一样大,到了中午时就如同盘子一般小了,这不是远的小而近的大吗?”而另一个小孩反驳:“太阳刚出来时凉快,到了中午的时候却很热,这不是离得近就感觉热,而离得远就觉得凉吗?”孔子也不能判断谁是谁非。
难道太阳真的会变脸吗?下面我们用物理学知识,来揭开这个孔子也解不开的谜。
一、太阳为什么早晚大、中午小
对此现象,有些人想当然地认为,早晚太阳离我们近,所以看起来大些;中午太阳离我们远,所以看起来小些。然而天文学研究的结果告诉我们,一天之内因日地距离变化而引起的视角变化是极其微小的,不要说用肉眼难以分辨,就是用精密仪器也难以检测。可见,这种看法是不对的。实际上,早晚太阳比中午大仅是人眼的错觉。
确实,眼见并不一定为实,它在许多情况下会产生错觉。我们对同一观察对象,如果周围的环境和背景不同,看上去就会产生大小不同的感觉。如图1所示,同样大小的两个圆A和B,看上去好像B比A大一点。这是因为衬托圆B的是4个小圆,而衬托圆A的是4个大圆。这是因衬托物大小不同造成的错觉。在图2中,看上去白圆C比黑圆D要大一些,但实际上它们大小相同。这是因为圆C亮而背景暗,圆D暗而背景亮,这是观察对象和背景的对比度不同而引起的错觉。这在物理学上称为光渗作用。
现在很容易回答我们为什么会感觉到早晚太阳比中午大了。太阳初升和将落的时候,太阳靠近地平线,背景是暗淡的天空一角,且看过去地面上的山岳、树木、房屋似乎靠近它。中午时分,太阳高悬中天,背景是明亮而广阔无垠的苍穹。正是这种背景和参照物上的差异使我们产生了太阳早晚大而中午小的错觉。
二、太阳为什么早晚扁而中午圆
现在让我们用光的折射知识简单地解释为什么早晚的太阳看上去是扁的,中午的太阳却是正圆这个现象。大家知道,光在同一种均匀介质中是沿直线传播的,而在不均匀介质中光的传播方向将发生改变,即发生折射现象。太阳光要穿过厚厚的大气层才能到达地面,而大气层的密度是不断向下弯曲的。这种弯曲的程度跟光线在大气层中通过的路和进入大气层时的入射角有关。早晚太阳光进入大气层时入射角较大,且更靠近地面传播,在大气中行程长,阳光向下弯曲也比较明显,如图3所示,实际上太阳S(用“?”示意)仍在地平线以下,而我们已经看到了它的光线,人眼是以光的直线传播为经验来确定物体位置的,故认为这些光线是S"处沿直线射来的,于是我们看到了地平线上的“太阳”。天文学上把从S到S"的位移叫天文折射。角度△φ称为天文折射角,由于气层对光线的折射作用,整个太阳被“抬高”了。这时太阳的下缘和上缘情况也不同,下缘比上缘更接近地平线,天文折射角比上缘大6 " 左右,这样下缘比上缘抬得更高。太阳在上下方向被“挤扁”了,其竖直直径约比水平直径短1/5,因此我们看到的是一个扁圆形的太阳。
三、太阳为什么早晚红中午白
要解释这个现象,首先要了解空气分子对光线的作用规律。我们知道,人眼可以把阳光大致分成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色,这些色光按从红到紫的顺序波长越来越短。物理学家瑞利研究了大气分子对光线的散射,结论是散射强度与光波波长的4次方成反比,即波长越短的光越容易被散射。根据这一理论,太阳中的蓝靛紫三种光被大气散射得最多,这些散射光混合在一起,从天空的各个方向传到我们的眼睛里,我们就看到了湛蓝的天空。与之互补的现象是波长较长的红橙黄等色光被散射得较少,传到地面的多。尤其是早晚时分,阳光要穿过很厚的大气层,这一现象更加显著,故早晚到达地面的光主要是红橙黄光,于是我们看到了一个红彤彤的太阳。中午时分,由于太阳光通过大气层的路程较短,因此除了波长较长的光外,波长较短的光也能有不少抵达地面,各种不同色光在我们眼中混合后形成白色,于是我们看到了一个白亮的太阳。
