人眼能看到的离地球最远的行星有多远?
人眼能够一下子观察到外部物体,并不是因为人看东西的速度非常快,而是因为物体发出的光或反射光到达人的眼睛,经过眼球折射,在视网膜上形成图像,然后通过视网膜上的视杆细胞和视锥细胞形成光强和颜色组合的刺激信号,通过视神经系统传递到大脑的视觉中枢,最后经过处理产生物体的亮度、颜色和轮廓等基本信息。
由于人眼生理结构的限制,对可见物体有一定的限制。这个限制主要在于两个方面。一个是物体的大小,也就是物体的分辨率。理论最小值为0.2微米。另一个是物体的亮度。物体表面发出的光强度越大,在相同距离下刺激人类视觉细胞的能力就越强,我们就越容易看清或看清楚。
对于宇宙天体,能否在地球上观测到主要取决于以上两个因素,而其他因素,如天气条件、云层厚度、空气污染程度、光污染影响等,通过选择合适的时间和区域,都可以在一定程度上避免。因为恒星的大小是一个固定值,我们在地球上观察它们的大小,大小与距离有直接关系。太阳系中的一些行星虽然离地球很近,虽然不发光,但是反射的太阳光也会对人眼造成视觉刺激,所以我们在夜空中仍然可以很容易地看到水星、金星、木星和土星。距离更远的行星,如天王星、海王星,肉眼很难捕捉到,而太阳系外其他恒星系统的行星。
然后,对于太阳系外的恒星,我们在地球上观察它们的亮度,这与它们自身的辐射强度和与地球的距离密切相关。在天文观测中,科学界提出了两个概念来反映它们对观测结果的影响。首先是恒星的绝对星等,即恒星在32.6光年(10秒差距)距离上的亮度值。这个值是一个客观值,与恒星大小、表面温度和辐射强度有关。
另一个是恒星的目视星等,即在地球上观测到的恒星亮度值。这个值是一个主观值,并不反映恒星本身的实际状态,而是在地球上的观测结果。视星等的大小与恒星与地球的距离密切相关,视星等与基于恒星绝对星等的绝对星等之间存在换算关系,即m=M-lg(L0/L)。对于目视星等,数值越小,恒星在地球上看到的亮度越大。在人眼生理结构的限制下,只能看到视觉星等在6.0以下的恒星。
按照这个标准,如果一颗恒星恰好处于6.0左右的视觉星等,理论上可以认为是人眼能看到的最远的恒星。据观测,距离地球约7500光年的海山二在地球上的视觉星等为6.12,刚好超过人眼的视觉极限。但由于海山二是变星,在某些时段亮度会突然增大,有一定几率在地球上被肉眼捕捉到。因此,我们可以初步判断,人眼能看到的最远的单星是海山二。
事实上,我们在夜空中看到的一些星星并不是个别的星星,而是遥远的星系。因为距离太远,那些星系中的大质量恒星发出的光形成了?组合?人眼到达地球所能看到的,可能是一个光点,也可能是一个暗淡的亮点。从银河系的空间位置来看,除了四个相对较近的星系(大麦哲伦云、小麦哲伦云、三角星系和仙女座星系)外,其周围还有几十个较小的星系,共同构成了本星系群。地球上肉眼可见的只有这四个星系。从距离的数值来看,三角星系距离地球最远,达到300万光年。它是一个拥有许多巨大变星的星系,直径约5万光年,总规模小于仙女座和银河系,在这个星系群中排名第三。根据观测,三角星系的目视星当量为5.72,在肉眼可见的极限范围内。在晴朗的夜空和良好的观测条件下,人们仍然可以发现这个比仙女座暗很多的光斑是存在的,而且位置更靠近仙女座。
据科学家推测,在遥远的未来,也许60亿年左右,银河系、仙女座和三角座三大星系将建成?大一统?,最终结合成一个更大的椭圆星系。