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王亚平:太空是深邃的黑色!太空原貌揭露,都被NASA骗了?

期待已久的中国空间站第一堂太空课如约而至,王亚平、翟志刚和叶光富三位神舟十三号航天员为地球上的大家,上了一堂生动有趣的太空课。这是自8年前神舟十号的首次太空授课后,王亚平再一次开展太空授课活动。

在这次天宫课堂中,航天员为我们展示了失重环境下的各种奇特现象,例如,发出荧光的细胞、乒乓球在太空的水杯中不会浮起来、航天员在太空中转身、在太空中制作水球并在里面添加泡腾片。

在这两次太空授课中,都有学生问航天员相似的问题:“太空中会看到怎样的景象,天空是什么颜色的?”对此,王亚平表示,在太空中看到的天空是深邃黑色,而非我们在地球上看到的那种蓝色。

看过彩虹就知道,太阳光并不是单色的,而是由7种颜色复合而成。不同颜色的光区别在于它们的波长,它们统称为可见光。太阳光中波长较短的可见光为蓝紫色,波长较长的可见光为红橙色。

当太阳光照射到地球大气层时,不是所有波长的光都能沿直线传播到达地面。大气中存在氮气、氧气、二氧化碳等气体分子,太阳光照射过来,波长较短的光很容易发生瑞利散射,因为这种散射强度反比于波长四次方。蓝光被大气层朝着四面八方散射,使其布满天空,导致我们无论从哪个方向看天空,都会接收到蓝光,所以天空也就成为了蓝色。

而太空中每立方米的空间中平均只有6个原子,几乎是真空的状态,太阳发出的光在太空中将会沿着直线传播,不会出现散射,所以太空看起来是黑色的。太空中没有大气污染,也没有光污染,这也让太空显得特别深邃。

在王亚平此前进行太空行走时,我们看到的太空确实是完全黑色的,只能看到悬浮着的蓝色地球,以及耀眼的太阳。那么,为什么NASA的哈勃太空望远镜却显示出宇宙是五彩斑斓的?难道我们一直被NASA欺骗,那些宇宙照片是假的吗?

在航天员太空行走时,画面中的太空看不到星星。这是因为星光要比地球、被太阳照亮的空间站和太阳本身暗得多,为了能够拍到空间站和地球,进光量要尽量控制小一些,这就导致暗淡的星光无法显示出来。

我国的玉兔二号在没有大气的月球上,拍摄到的月球天空也都是完全黑色的,看不到任何星星,原因也是一样的。但航天员在太空中可以亲眼看到星星,只要避开强光的区域,让眼睛适应黑暗。事实上,太空中的星空要更加清澈明亮,星星看起来也显得更加璀璨,并且也没有因为像地球上那样受到大气干扰而眨眼。

但不管怎样,航天员在太空中看到的星空也不会像哈勃拍到的那样。哈勃所拍摄的星云、星团、星系都离地球非常远,它们发出的光到达地球时已经非常暗淡,很多都是肉眼不可见。

为了捕捉到那些暗淡的深空天体,这时就需要尽量加大进光量,延长曝光时间。事实上,通过这样的方法,在地球上也能拍摄到五彩斑斓的宇宙照片。下面这张是笔者用口径15厘米的天文望远镜+冷冻CMOS,累计曝光4小时后,拍摄到的猎户座大星云(M42):

下面这张是累计曝光8小时的三角形星系(M33):

无论是猎户座大星云(距离1300光年),还是三角座星系(距离300万光年),它们在地球上都是肉眼可见的,但肉眼看到的是一团白色的云雾。只有通过天文望远镜长时间曝光,大量聚集光子,才能显示出它们本来的面貌和颜色。

最后,值得我们更加骄傲的是,这一次太空直播画面清晰流畅,整个过程相当完美,这得益于我国的天链一号和二号中继卫星系统投入使用,让空间站的信号下行速率高达1.2 Gbit/s。也因为如此,我国的航天员在空间站上也可以用手机和电脑上网,而且还能与地面进行视频通话,这让航天员的太空生活变得更加丰富。