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天空之光:湿度与观星

观星者无法对抗夏季的高湿度,但他们可以学着爱上它。

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本月是观星最受欢迎的时期:假期和暑假解放了深夜,夜晚也宜人温暖。不幸的是,大自然巧合地安排,七月也是北美湿度最大的月份。因此,一年中最熟悉的夜空也是一年中最潮湿的,提供了关于水如何使我们对宇宙的视野变暗、着色,有时却又使其变得清晰的绝佳例子。

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总的来说,湿度对天文学来说是坏消息。水吸收光线,尤其是光谱红端的光,给我们的世界蒙上色彩。海水吸收红色光的效率如此之高,以至于在海面以下100英尺处,只有蓝色成分的阳光才能穿透;一艘沉船的深红色下龙骨在潜水员眼中呈现黑色,因为在没有红光的情况下,任何东西都无法呈现红色。同样,空气中的水蒸气在到达地面之前会从星光中带走一些红色光。

大气中的液态水会造成更明显的观测问题。当湿度高时,水蒸气会凝结在气溶胶周围,形成微小的悬浮水滴,这些水滴会均匀地散射所有波长的阳光——这是一个花哨的说法,意味着水会使天空变白。这就是为什么路易斯安那州的七月天空看起来乳白色,而干燥的沙漠和山区州的天空却是钴蓝色。在夜间,这种散射会扩散明亮的月亮或附近城市灯光对天空造成的破坏性影响。(许多人没有意识到水蒸气本身是透明的。茶壶中冒出的白色雾气,通常被称为蒸汽,实际上是微小的、热的凝结水滴。真正的蒸汽在离壶嘴最近的透明区域。)

这些现象在夏季达到顶峰,因为空气中的水含量与温度密切相关。在95华氏度时,空气能容纳的水量是0°F时的30倍。当空气达到饱和,也就是露点时,散射光线的水滴很容易形成。这在潮湿的东南各州是一个特别的问题,那里温暖的夏夜空气经常达到露点。在这些条件下,观星者通常会错过大约60%的入射星光,足以让银河系消失。这是过去一个世纪以来,密西西比河以东没有建立大型天文台的一个重要原因。

蒙大拿州和亚利桑那州的观测者拥有如此干燥的空气,以至于他们的夏夜与外太空观察到的天堂景象非常相似。干燥、无雾霾的空气对可见光波长几乎是透明的,使星星变暗的程度仅为30%。资深宇航员安迪·托马斯(今年重新设计的航天飞机首次飞行的机组人员)表示,从地球上干燥、无污染的地点看到的星星,其效果与通过航天飞机玻璃舷窗看到的星星一样好,甚至更好。

尽管存在所有这些负面影响,湿度确实有一个主要的优点:它能稳定“视宁度”,这是天文学家用来描述地球大气层造成的模糊现象的非技术性术语。

在这种情况下,造成模糊的原因不是水蒸气,而是整个大气层。空气像透镜一样折射光线——相对密集的冷空气比暖空气影响更大。当光线穿过不同温度的空气层时,光线会发生一次又一次的弯曲。每一次扭曲和转弯都会增加一个变形元素。当视宁度差时,星星会剧烈闪烁,望远镜中的行星也模糊不清。

潮湿的空气在日落后能更有效地保持热量,这往往能改善视宁度。空气不能冷却到露点以下,所以水饱和的空气往往会稳定在大致相同的温度。结果是相对均匀的空气层,产生的模糊很小,因此能产生清晰得令人惊叹的图像。湿度造成的昏暗效应仍然会遮蔽星系和星云等暗淡天体。然而,作为一种权衡,木星(日落后在西方闪耀)和月亮等明亮天体在潮湿地区看起来往往比在干燥地区更清晰。

对于那些寻求最佳观星体验的人来说,沙漠仍然是您的最佳选择。然而,对于行星爱好者来说,这可能是一个开始吹奏《迪克西》的好时机。


七月夜空有什么

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7月5日:地球到达远日点,即每年离太阳最远的点。距离达94,512,036英里,太阳亮度比1月份暗7%,从而减缓了夏季的炎热。

7月8日:灰色的水星和耀眼的白色金星在眉月下方相遇。日落后40分钟,在西边低空观测。

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7月12日和13日:月亮靠近木星。这是2005年木星傍晚观测的最后一个好月份;很快它将没入太阳的眩光中。

7月25日:金星、水星和土星在日落后40分钟聚集在西边低空。

7月27日:盈凸月和火星(现在亮度迅速增加)午夜时分同时升起。

整个月:M13,一个包含数百万颗恒星的球状星团,在黄昏结束时几乎正对着头顶。双筒望远镜中它呈现为一个微弱闪烁的光球。

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