月亮为什么老是跟着我走

来源:科普融合创作发布时间:2020-10-01

注:本故事情节纯属虚构

今日中秋,就读于某校天文系的研究生三毛同学,终于等到了心心念念的中秋国庆八天长假。  

尽管是天文系的学生,三毛同学却很久没有抬头看过夜空,这是因为如今的天文学工作者,更多面对的是写满代码的电脑屏幕。一轮明月高悬天上,天空略现朵朵祥云,望月的光洒在秋日的街道上,竟也有了一丝暖意。

  

三毛同学一边漫步,一边望着那皎洁的明月。此时,一个童年时便萦绕的问题,又渐渐浮现于脑海之中。

  

  小学时,小三毛就发现了这个神奇的现象。小三毛的父母由于工作原因很少回家,又由于性格内向、不善言辞,没有什么小朋友一起玩耍。晚上放学回家时,他总喜欢一个人抬头看看月亮。尽管

  

己没什么朋友,但他发现月亮总是跟着他走,不离不弃。起初小三毛非常疑惑,但经过长时间的思考,他得出了一个坚定的结论:“我是天选之子!”

月亮始终如一的陪伴感动了小三毛,也在他小小的内心中埋下了一个梦想,他长大后想成为一名宇航员,乘着火箭去找月亮。

高考那年,三毛同学报考了某校的天文系,他觉得自己离梦想越来越近了。可当他真正踏入这个专业的时候,才发现原来天文系的学生不是为当宇航员准备的。宇航员是从军校的飞行员选拔的,而造上天的火箭的同学,学的是航天。

  

    而且,他终于明白了,月亮为什么总是跟着他走

在大一的《普通天文学》课上,三毛同学学到了天球坐标系的概念。此时的他明白了,“角度”这个东西,在天文学上异常重要。

老师在课上说道:

“当你仰望星空的时候,夜空仿佛一个倒扣在大地上的半球型的碗,因而被叫做“天球”。假如你站在一片空旷的大地上,你想记录下此时此刻月亮在天上的位置,以此来调整自己的望远镜指向,对准它仔细欣赏。一个简单的办法是使用“地平坐标系”。我们可以首先眼睛平视、面朝正南方。以正南方为起点,朝正西方慢慢旋转自己的身子,直到自己的眼睛所看的方向与月亮所在的方向一致。此时,你由南朝西转动的角度便是月亮的“方位角”。你的视线此时还是与大地平行的,然后你再缓缓抬头,直到眼睛对准了月亮,你抬头的角度便是月亮的高度角。”

比如对于下图的三毛同学来说,月亮的方位角为40度,高度角为30度。依靠这两个角度,他便能很准确地调整自己的望远镜,指向月亮的位置。

  

明白了这个概念之后,三毛同学似乎也明白了那童年的秘密。

 

 

这个解释让三毛又想起了天文学上的一个非常重要的测距方法“三角视差法”。

我们都或多或少有一些概念,天上的星星距离我们都非常的遥远。那我们该如何测量它们距离我们有多远呢,莫非是造一把几百光年长的大尺子?这显然是不现实的。

现在,请你伸出自己的手指头放在自己的眼前约5-10cm处。

  

然后,请闭上你的左眼,用右眼看着手指,你会发现手指头相对于背景往左偏了。

  

再闭上右眼,用左眼看着手指,你会发现手指头相对背景往右偏了。

  

这个简单易懂的现象,就叫做视差。若你把手指头放远一点,比如30厘米,你会发现视差变小了。因而通过视差,我们可以测量出手指距离我们脑袋的距离。只需我们首先测量出两个眼睛之间的距离,这个距离也可以叫做“基线”长度。再分别测量一下两只眼睛分别看向手指头时,手指头相对背景移动的角度“视差角”。通过角度和视差角以及简单的几何学(三角函数)知识,我们就可以测量出手指头距离我们脑袋的距离了。

  

  

可是对于恒星这种比较遥远的天体,用眼睛这点基线长度自然是不够的,甚至用地球半径这么长的基线都很难测量出近邻恒星相对遥远背景恒星偏移的视差角。目前,天文学家所选择的办法是间隔一段时间(比如半年)对同一颗恒星拍照,由于地球绕着太阳公转,因而半年前的地球与半年后的地球观测同一颗恒星会存在视差,只要测量出了这个视差角,结合日地距离,就能测量出这颗恒星的距离。三角视差法是天文学中最基本的测距方法,也是更遥远天体距离测量的重要基础。

  

三毛同学在学过视差后,发现月亮跟着自己走的原因,也和视差有关。其实自己在移动的过程中,几分钟前的位置与几分钟后的位置也算是一个基线,月亮其实也会相对星空背景有细微的偏差,只不过这个偏差实在太小了,以至于人眼无法察觉。然而,近处的建筑物相对于月亮这一遥远的背景却有着很大的视差角,因而我们会感觉周围的景物快速远去,月亮却始终跟着我们走。

  

童年的秘密终于解开,但这个答案似乎少了些许浪漫。好在三毛同学早就过了中二的年纪,此时的他正在为新的梦想努力。

今年年底,嫦娥五号将开启前往月球的征途,而他所在的课题组,便深度参与了我国的探月工程的载荷设计与科学研究。这次,嫦娥五号将试图对月球土壤进行采样返回,供包括三毛同学在内的天文工作者研究。

这将是他回赠给童年的最好礼物吧!

  

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