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为什么月面上实拍的照片里看不见星星?

嫦娥5号成功地登陆月面并采样,引起了公众新一轮对航天科技的关注热潮。相关机构发布了很多月面上实拍照片,有细心的人发现,那些照片里黑色的天空中似乎根本看不到星星

50年前,美国人登月时发布的月面上拍到的照片里也看不到星星,很多不明所以的人就以为这是假照片,现在中国发布的照片上也没有星星,这些论调自然不攻自破。

那么,在月面上实拍的照片上为什么看不到星星呢?首先要说明的是,宇航员在月球表面上活动时是能看到星星的。

他们报告说,当他们位于登月舱阴影区时能看到那些明亮的星星,而绕月飞行的宇航员在进入月球阴影区时则看到“天空中充满了星星”(”The sky is just awash with stars”)。那么为什么照片中却看不到哪怕一颗星星呢?

答案充满了禅意:人眼能看到的,照相机未必能照出来;而照相机能照出来的,人眼也未必能看到。

我们常说,人眼就是一个照相机,的确,人的眼睛和照相机有很多相似的地方:眼睛的瞳孔就好像照相机上的光圈,晶状体就好像照相机的镜头,而视网膜则相当于照相机的感光元件。

如果用相机参数来描述,那么人眼是一个物理焦距5.7毫米(等效16毫米全副镜头)、光圈f2.1~f8.3、快门速度1/24秒的照相机。

这些参数看上去平平无奇,但眼睛强悍的地方之一是:它有着超广的动态范围(换算成相机标准大概有20档),远超胶卷(约8档)和数码相机(最好的大约10档)。动态范围(Dynamic Range)是一个摄影术语,就是摄影器材能记录下的场景中最亮部分和最暗部分的亮度差值。

如果一个摄影场景里明暗差别(术语叫“光比”)超过摄影器材的动态范围,那么更暗的部分就表现为死黑,更亮的部分就表现为死白。例如下面这张照片:

这是一张典型的高光比照片,室内非常暗,室外非常明亮,用相机拍这种场景,要么室内一片漆黑,要么室外一片光亮,就是因为这个场景的光比超过相机的动态范围了。然而我们的眼睛在这种场合里能够轻松地同时看清楚室内和室外。

月面上恰好就是这种高光比环境。我们都知道月亮自身不会发光,在它的表面能看看清楚东西,只能靠别的光源来照亮,这样的光源有两个,一个是太阳,一个是地球,强烈的阳光和地光使月面上的物体非常明亮,有多亮呢?

月面上反射的太阳光跑38万千米,还能在地面上照出影子来。而天上的星星,虽然由于没有大气消光,在月面上看上去要比我们在地球上看到的星星要明亮一些,然而和月面上物体反射的太阳光比较还是极为微弱的,当星星和月面上的物体出现在同一个场景中时,它们的光比超过了摄影器材的动态范围,如果摄影器材拍到的照片能正确呈现月面上的物体,则必然会使天空呈现死黑,反之,如果能正确呈现月面上的星空,则必然是月面上的物体呈现死白。

而目前人类在月面上拍摄的照片,总是以正确呈现月面上的物体为目的,所以我们在这样的照片上看到的天空总是一片漆黑了。

还记得本文刚开始提到的那句话吗?人眼能看到的,照相机未必能照出来;而照相机能照出来的,人眼也未必能看到。

照相机虽然动态范围不如人眼,然而它的曝光时间可以远远超过人眼,毕竟人眼最多只有1/24秒的曝光时间,这就使它能够捕捉到人眼根本看不到的暗弱光线,例如笔者用相机曝光30秒拍到的星空照片:

就记录下暗至10等的暗弱恒星,这是人眼根本看不到的。如果月面上的摄影器材也用这样的参数来拍照,拍星星是没有任何问题的,当然,如果画面里同时还包含了月面上的物体,那么它很大概率已经亮到发白了。

作者丨飞蠓