孫正凡
小小的月亮在貼近地平線時(shí)看起來格外大,這個(gè)視錯(cuò)覺究竟是為什么?這個(gè)問題從有史以來就困擾著天文學(xué)家們,至今沒有得到明確的解答。
古詩里的大月亮
在天文學(xué)上有一個(gè)顯而易見卻“不該出現(xiàn)”的現(xiàn)象,那就是當(dāng)太陽或月亮處在地平線附近的時(shí)候,它們會(huì)顯得格外大。其實(shí)我們在小學(xué)課文《兩小兒辯日》里就已經(jīng)見到過古人對這個(gè)問題的關(guān)注了,那就是“日初出大如車蓋,及日中則如盤盂”。
同樣,在宋朝大詩人陸游的詩句里我們也可以看到對這個(gè)現(xiàn)象的描寫:
曉出東城
宋·陸游
聽徹清笳聽曉鐘,據(jù)鞍漏鼓尚冬冬。
西樓落月徑三尺,北嶺亂云生半峰。
蒼磴幽尋過古寺,綠疇小駐勞春農(nóng)。
煙村已遠(yuǎn)猶回首,恐有鹓雛與伏龍。
古代夜里以鐘鼓報(bào)時(shí),一夜五更。鐘鼓未盡,詩人已經(jīng)上馬啟程東去?;赝鳂?,看到了大大的月亮正在落下,看上去足足“徑三尺”。由于陸游是在清晨看到滿月正在落下,由此我們可知,這天是夏歷十五前后,月亮和太陽正好相對。出城之后,詩人看到了一派郊野春色:田野、古寺、鄉(xiāng)村和勞作的農(nóng)民。鹓雛(yuān chú)是傳說中的瑞鳥,類似鳳凰,在《莊子·秋水》篇中,莊子就曾經(jīng)以“鹓雛”自喻。所以這里類似《三國演義》里用來比喻諸葛亮和龐統(tǒng)的“伏龍、鳳雛”,即隱居民間的賢才。
我們平時(shí)在高空見到的月亮,其實(shí)挺小的。一般描寫月亮?xí)扔鞒伞坝耒R”“玉盤”,比如李白寫月亮“小時(shí)不識月,呼作白玉盤”,宋代范成大“星漢淡無色,玉鏡獨(dú)空浮”,古人用的銅鏡、盤子,大不過一尺。所以陸游才會(huì)在這首詩里寫下了落月“徑三尺”給他留下的深刻印象。其實(shí)如果我們仔細(xì)琢磨一下其他描寫地平線處月亮或太陽的詩句,也同樣能夠體會(huì)到“大月亮”“大太陽”的存在。
杜甫《旅夜抒懷》詩中寫道“星垂平野闊,月涌大江流”,以及孟浩然的《宿建德江》“野曠天低樹,江清月近人”,不約而同地描寫在曠野、大江之上“涌出”的月亮,視覺效果如此震撼,當(dāng)然是月望時(shí)節(jié)傍晚“近人”的“大月亮”。王維《使至塞上》“大漠孤煙直,長河落日圓”則是借沙漠作為背景描寫孤煙、長河與落日的塞外風(fēng)光,場面宏大,這顯然也是一輪“大太陽”。只是如今城市的地平線都已經(jīng)被高樓大廈遮蔽,我們很難見到了。
大月亮錯(cuò)覺
“海上生明月,天涯共此時(shí)?!痹铝猎诘涂諘r(shí)看上去感覺比在高空時(shí)要大,這個(gè)現(xiàn)象被稱為“大月亮錯(cuò)覺”(Moon illusion)。地平線上的“大月亮”,不是只有幾個(gè)人才能見到的特殊現(xiàn)象,古今中外人見皆同,在許多文化中都有記錄。
當(dāng)然,大多數(shù)古代文明可能會(huì)像《列子·湯問》中記述的那樣,認(rèn)為“大月亮”“大太陽”是由于距離變化引起的。不過只要我們對現(xiàn)代天文學(xué)有所了解,就知道這種說法根本不會(huì)成立——由于地月距離關(guān)系的變化,月球的角直徑會(huì)發(fā)生改變,從33.5角分(在近地點(diǎn))到29.43角分(在遠(yuǎn)地點(diǎn))之間變化。
在同一天里,太陽、月亮的大小不會(huì)有明顯變化。月亮直徑雖然有3 476千米,它到地球的距離是38.4萬千米;太陽直徑139萬千米,可它距離地球1.5億千米。太陽的直徑和距離都是月亮的約400倍,這個(gè)巧合決定了我們眼里看到的太陽、月亮大約只有30角分,因此它們看上去是相當(dāng)小的。
公元前4世紀(jì),亞里士多德曾認(rèn)為,在地平線附近的月球看起來比較大是地球大氣層的放大作用造成的,但這是他老人家又一個(gè)著名的錯(cuò)誤認(rèn)識。實(shí)際上,由于在高空月亮離我們可以說更近了一點(diǎn)兒(考慮地球半徑),它在地平線上應(yīng)該顯得更小才對;而且在地平線上,大氣層的折射作用不但不會(huì)放大,反而會(huì)在豎直方向上壓縮一點(diǎn)兒。
有意思的是,雖然我們看來在地平線上滿月要大很多,但如果我們用儀器去測量它時(shí),卻會(huì)發(fā)現(xiàn),對于地平線上和在高空的月亮,測量結(jié)果卻是一樣的。這一點(diǎn)在連續(xù)拍攝的月亮升起或者日食、月食的照片(月球串像)中更為明顯。這就說明,“大月亮錯(cuò)覺”實(shí)際上發(fā)生于我們對太陽、月亮的觀察之中,是我們的大腦在處理過程中發(fā)生的問題。
古老問題的探索
對于“大月亮錯(cuò)覺”最早的一種貌似合理的解釋是,在地平線附近有很多建筑物可以做對比讓我們覺得月亮很大,而在空曠的高空沒有什么參照物可以讓我們?nèi)ジ惺茉铝恋拇笮 _@種由于參照物變化而產(chǎn)生的錯(cuò)覺后來被稱為“艾賓浩斯錯(cuò)覺”。
另一種解釋則認(rèn)為,月亮看上去大小不一樣,是因?yàn)槲覀儗τ凇疤臁钡木嚯x的認(rèn)知并不是一個(gè)完美的球形,而是頂部平坦的穹頂。我們在抬頭看天的時(shí)候,總是認(rèn)為頭頂天空離我們比較近,而地平線附近的天離我們非常遠(yuǎn)。那么,由于月亮的實(shí)際大小是不變的,所以當(dāng)它位于“離我們比較遠(yuǎn)”的地平線上時(shí),我們大腦經(jīng)過處理會(huì)認(rèn)為地平線上的月亮比較大,所以進(jìn)行了“腦補(bǔ)”。這個(gè)解釋是在公元200年左右由克萊門德(Cleomedes)提出來的,叔本華也在1813年指出,“月亮錯(cuò)覺完全是理性,而非光學(xué)或感官錯(cuò)覺”。
1989年出版的一本關(guān)于月亮錯(cuò)覺的專著中,由不同的研究者給出了24種解釋。2002年的另一本專著則指出,在目前數(shù)十種解釋中還沒有任何一種理論能夠獲得決定性的勝利。
美國天文專欄作家菲爾·普萊特(Phil Plait)還提出了一個(gè)“消除”大月亮錯(cuò)覺的有意思的方法,他建議當(dāng)我們看地平線附近的月亮?xí)r,可以“拿大頂”,頭朝下腳朝上,這樣月亮看起來就跟高空月亮是一樣大小了。是不是這樣?你來試試看吧。