白天观星之难

唷，唷：白天观星之难

我从未当过童子军。

这可能是件好事儿。我小时候是个自作聪明、自以为是的人——有人说我现在依然如此——我确信我与同龄的男孩子们一起在林中将会过得很艰难。中学时，我学会了做一个务实一点的恶作剧者，即使仅仅为了报复搞到我身上的恶作剧。

有一个童子军的传统把戏，我肯定自己会上当受骗。这个把戏通常在下午稍晚时候当太阳还挂在天上时玩。在林中度过了长长的一天之后，每个人都很疲惫，并且或许无法清晰地思考，此时是游戏的最好时机。当大家围坐在一起休息时，话题会转到童子军天文奖章上。获得这个奖章的测试之一是辨认星座，因此在谈论几分钟后，一个男孩（年岁比较大的一位）会爬起来说：“哦，我现在要练习找星座了。”

当然，这会引起一些异议，通常这些异议来自新来的那一名童子军。“但是太阳还在天上，”他必定会说，“你在白天看不到星星！”

那位年岁稍大的男孩子随后会颇有优越感地笑道：“我当然可以。我只需要用纸筒就行。”然后，他就会用纸卷成一个纸筒。通过这个纸筒望向天空，他将会像这样评论道：“啊，现在看到了猎户座。”接着，他会邀请其他童子军们（总是年岁大一点的男孩子）来看，他们都会同意说看到了星星。

年幼的童子军通常会再坚持一会儿，但是好奇心不可避免地占了上风。他会要求看上一眼。年岁大一点的童子军将纸筒交给他，亲切地将纸筒拿到他眼前……然后另一个童子军将水壶中的水沿着纸筒倒下来，把年幼的受害者浇个透湿。

那个受害者肯定就会是我。作为一个彻头彻尾的怀疑者和大嘴巴，我会对任何在白天看星星的尝试激烈地表示异议。因此我会是那个湿漉漉的小孩。

事情是，我会是一个正确的湿漉漉的小孩。在白天通过纸筒看星星不会成功。不过，这一想法的各种变种可谓流传已久。

我曾多次听说，白天，从长长的烟囱或深井底部就能看到星星。关于这何以会成功，我从未听到过像样的解释，尽管人们含糊其词地宣称，天空的亮度在深井中会大大减小，从而更容易看到星星。他们推论说，天空如此明亮，这让星星黯然失色。通过降低天空的亮度，星星会更容易看到。

这一观点当然听起来有道理，且由来已久。希腊哲学家亚里士多德在他的一篇短文中曾顺便提及这一点。作家狄更斯（Charles Dickens）竟也在他的至少一部作品中认可这一点。狄更斯在1837年的《匹克威克外传》（Pickwick Papers）一书中，在第20章中以这一拐弯抹角的句子开了头：

在康希尔的弗雷曼胡同的尽头，一座熏得黑黝黝的房屋的底层的前间，坐着道孙和福格律师事务所的四位办事员，那两位先生是威斯敏斯特的高等民事法庭的法定辩护士兼高等法院的律师。上面说的这四位办事员每天在这里工作，就像被放在相当深的井里的人似的，不大容易看到天上的光和天上的太阳，又因为工作时间在白天，白天看不到星光，倒是在深井里的人还可以有这种机会。

还醒着吗？换言之，办事员们能够像在深井底部的人们一样容易地看到星星。显然，狄更斯的出版商为这些词句支付了稿酬。

这个传说还有一个很不同的版本。6世纪的圣徒与历史学家图尔的格列高利（Gregory of Tours）在他的《奇迹之书》（Libri Miraculorum）中写到，圣母玛利亚从一口井中汲水，这口井因为她的存在而变得神圣。那些足够虔诚的人们可以从这口井看向水中，如果他们用衣服遮在头上以挡住天上的光亮，他们就可以看到伯利恒之星反射在水中。这是一个相当妙的把戏：如果你看不到，那是你不够虔诚。你还是回到教堂去吧！

在白天看到星星的传说无疑流传甚久，在我们漫长的有记载的历史中如影随形。我认为它的长命要归因于这一观点中含糊其词的“科学之处”：正如我前面指出的，它听起来似乎有可能是正确的。就像在春分时竖起鸡蛋的传说一样，有相当科学的术语点缀其间，足以令人迷惑。他们未能理解，因此它必定是真的。久远的历史也使它得到强化，但轶闻并不是决定性的证据！因此，我们有必要绕开传闻，看一看科学。

让我们近距离地观察一下这个传说：烟囱会使在白天看到星星更容易，这是怎么回事？一个显而易见的观点是，烟囱底部是黑暗的。当你的眼睛适应了黑暗，它们就会变得对光更为敏感。这可能有助于你看到星星。

很遗憾，事实不是那么回事。想象你站在一个高高的烟囱或是排烟管道底部，并且有一颗星星正好在你头顶上。再想象一下，你的眼睛适应了黑暗。但是来考虑一下这个问题：如果你的眼睛已经适应了黑暗，而且对来自星星的光亮更为敏感，黑暗也会令你对来自天空的光亮更为敏感。这将丝毫不会使你更容易地看到星星。这就好像站在一间喧闹的酒吧里同朋友交谈。要听到他说话很难，于是你使用一个助听器以提高听觉敏感度。但这并不管用。在将朋友的声音更多地会聚到耳中的同时，助听器也让你听到了酒吧里的其他声音。实际上什么都没变，要听到朋友说话还是一样难。

不幸的是，这也证明了看到井水反射伯利恒之星的传说是错误的。水可能会降低天空的亮度，但它也以相同的程度降低了星星的亮度。你在烟囱底部会做得更好。那会全面改变基督降生的场景，与马厩里的牲口相邻的一个大排烟管道会带走圣诞节的许多魅力。

夜晚，我们可以很容易地看到星星，但在白天并不容易或根本看不到。原因显而易见：夜晚，天空既黑且暗，而在白天则非常明亮。天空在白天很明亮，这主要是因为太阳照亮了天空。（见“蓝天对我笑”一章，以得到更为全面的解释。）

太阳并不是照亮天空的唯一光源。如果你在满月的夜晚外出就会发现，天上只有最明亮的星星可见，它们费心巴力地要盖过月亮的耀眼光芒。城市的光也会使天空变亮。这被称作光污染，在城市附近很严重；即使在小城镇附近，情形也没好到哪里去。这就是天文学家设法在远离人口密集中心的地方建立天文台的原因。

白天，明亮的天空淹没了来自星星的微光。事实上，就一般情况来说，同一片天空，晴朗的白天比晴朗的、无月亮的夜晚亮600万倍。在白天看到星星是如此之难也就不足为奇了！它们不得不与天空本身的强光相对抗。

尽管如此，我们知道，比如，在白天看到月亮是可能的，因此对于一些天体来说，亮到足以在白天被看到，这是有可能的。一颗星星得有多亮，我们才能够在天上看到它呢？

这里的关键是对比。要看到明亮背景之上的一个物体，该物体必须亮到足以让我们的眼睛能将它从周围的光亮中辨认出来。20世纪早期所做的测试表明，当天体的亮度大致是背景亮度的50%时，眼睛能够把它从天空背景中分辨出来。我们能够看到比周围的光暗弱的东西，初看起来，这似乎古怪。但是来自星星的光亮集中于一点，而天空的光亮则散播四周。与天空的这一对比反差正是星星可见的原因。

早在1946年，科学家们进行了一项实验，以了解星星要有多亮才能从天空的光亮背景中被看到。他们通过调整一颗人造星星周围背景光的亮度，以模仿人能在白天而非晚上的天空所能看到的东西。实验发现，人们能在白天看到的最暗的星星，其亮度约是天狼星——除太阳之外天上最亮的恒星——亮度的5倍。换言之，就连天上最亮的星在白天也不能被看到^[1]。

因此，裸眼不可能在白天看到任何星星。你认为就到此为止了吗？其实，还有一个转折。1946年进行的那些测试假定天体之外的光来自整个天空。如果在烟囱或井的底部，你看到的不是整个天空，而只是天空的一小部分。如果能挡住来自天空的大部分光亮，你就能看到更暗的星星。

在20世纪早期，两位天文学家分别试图计算出眼睛可见度的限度，并确定夜空里可能是以及仍能看到的最暗的星。他们都发现，通过限定所看天空的区域，可以大大提高看到暗星的能力。他们得出结论说，如果能只留出一小片天空，我们其实能够看到比在整个天空背景下能看到的星星暗约9倍的星星——在这种情况下恰恰有可能在白天看到天狼星，但仅此而已。天空中第二亮星老人星处于探测能力所及的临界线上。让我们把条件放宽一点，假定这两颗星星都能以这种方式看到。不要忘了，还有一些裸眼可见的明亮的行星：水星、金星、火星和木星，它们看起来都比老人星或天狼星更亮。

因此我们已经确定，可能，只是可能，如果狭窄的烟囱开口挡住了天空的大部分光亮，我们也只能从烟囱看到6颗天体。我们已经考虑到了从一个深长的、黑暗的烟囱的底部观察天空的全部有利条件。但我们必须同样考虑到不利条件。

有一个大问题，也可以算是一个压轴戏。具有讽刺意味的是，我们前面所说的是在有利条件下，即通过烟囱的狭窄开口去观察天空。前面，因为遮掉天上的光亮，增大了反差，从而更容易看到星星。不过，狭小的烟囱口意味着亮星通过你的视场的机会更少。

大部分人认为天空满布着星星。这是一个错觉。裸眼能够看到的星星大约10 000颗^[2]，它们散播在整个天空。我们可以估计出通过烟囱顶部开口所能看到的星星的平均数。答案会令人吃惊：即使是通过一个大的开口，在最黑暗、最晴朗的夜晚，通常也只能看到10—20颗星星。而更具有代表性的情况是，可能一晚上只能看到一两颗星星。因此，通过烟囱看星星，即便在夜晚也会难得多。烟囱遮掉了如此之大的天空，只有很少几颗星星能够通过其狭窄的开口被看到。而在白天，可能的机会就更少得多了。在白天，我们肉眼所能看到的天体至多只有6颗，而不是10 000颗。它们中的一颗出现在烟囱开口的概率其实非常微小。

当然，科学家们通常并不只是计算出一个数字，并假定它是正确的。实际上，他们会跑到外面实地检验。一位名叫海尼克（J.Allen Hynek）的天文学家就做过这件事，并发表了他的结果。^[3]一天，海尼克带着他的天文学班级中的几位成员来到所任教的俄亥俄州大学附近一个废弃的排烟管道。亮星织女星——天上第四亮的恒星——正好从他们所在纬度的天顶附近经过，他们确定了实验时间，以使这颗恒星在他们从排烟管道底部观测时正好进入视场。根据之前的计算，织女星亮度应是我们肉眼可见亮度的一半，但它仍然是天上最亮的恒星之一。如果在白天不能看到织女星，那么大部分恒星当然也不能被看到。

在指定的时间，海尼克和他的学生向上凝望，尽力想要看到来自恒星的微光，但他们全都未观察到。两个学生甚至使用了双筒镜——这有助于更大地提高反差以利于观察，也同样没能看到织女星。其实，这并不令人吃惊。织女星太暗了。他们还是以直接的证据表明，恒星至少很难通过烟囱被看到。

又一个传说失灵了，或者在这个例子中终结了。虽然通过狭窄的开口的确能提高我们观察暗淡天体的能力，但也简直不足以能在白天看到星星，而且那个狭窄的开口甚至很可能无法使亮星处于可见的位置。

尽管如此，我毫不怀疑这个传说将继续存在，就像所有那些传说一样。就连我的一位朋友，一位颇有声望的天文学家也发誓说这个传说是真的。他声称自己曾亲眼见过：有一次，他曾在白天从一个长长的烟囱向上看，并且看到了一颗星。休斯（David Hughes）在他的题为《观星：尤其是从烟囱》（Seeing Stars:Especially up Chimneys）的优秀论文中指出，一个尚在使用的烟囱中会有一股上升气流，即使在没有点火时也是如此。^[4]或许，我的朋友看到的是气流中携带并被太阳短暂照亮的碎片。从远处看去，碎片很小，难以分辨，而且移动不明显。这可能会被误认为一颗星星的瞬间微光。我向他解释了这一点，并且介绍了恒星亮度相对于天空表面亮度的观点，甚至谈到了一颗亮星正巧经过那个非常小的视场的概率，但他并不同意。他坚信自己的亲眼所见。我猜，即便是最坚定的科学头脑也可能有他们不想放弃的迷信。我认为，对于所有人来说，这都是一个有趣的劝诫故事。

讲述至此，我必须承认，在白天轻易看到一颗星状的天体——金星，这是有可能的。金星的亮度大约是天狼星的15倍，因此，在白天看到它不仅是可能的，而且还相对容易。当然，你要知道往哪看，这是可以做到的。我曾在大白天亲眼看到过几次。不过，从在白天看到金星类推到从烟囱看到恒星，这中间还有相当大的距离。传说终究被证明只是个传说。关于这个话题最后还要加上一个注释：为什么我很肯定地知道我会被那个童子军古老的纸筒把戏所欺骗呢？因为在我大约七八岁时就上演过与此相仿的一出——除非有人告诉我那是一个协调能力测试。有人要我卷起一张纸筒，掖在我的裤子前面，露出几厘米，再在我的鼻子上平衡一个小石子，然后脑袋向前倾，以使小石子落入卷起的纸筒。

我的脑袋刚一前倾，身后的一个孩子就将一杯冰冷的水倒进卷起的纸筒。这个突发事件可能对我造成了一生的精神创伤；直到现在，我还会从纸筒大行其道的野餐会上逃开。就我来说，这个把戏让我对此类事件强烈抵触，而正是因为这样的事件，才有了你此刻正拿在手里的这本书。因此，我要对那些在一个天真小孩身上玩如此低劣把戏的那些大孩子们说：谢谢！

【注释】

[1]参见《美国光学学会会刊》（Journal of the Optical Society of America）第36卷，1946年第8期，第480页。

[2]准确地说是6000多颗。——译者

[3]参见《天空与望远镜》（Sky and Telescope），1951年第10期，第61页。

[4]参见《皇家天文学会季刊》（Quarterly Journal of the Royal Astronomical Society），1983年，第24卷，第246—257页。