在天氣晴好的夜空,我們抬頭仰望,整個夜幕之上繁星點點,似乎都在靜靜地關注著地球,同時也向我們展示出宇宙的浩瀚和博大。據科學家們統計,夜空中用肉眼能夠直接觀測到的星星大約有6000多顆,其中絕大部分都是恆星,而且距離地球普遍沒有超過1000光年。那麼,我們人眼所能看到的最遠星球,距離地球會達到多少呢?
人眼能夠一下子就觀察到外界的物體,不是因為人眼看東西的速度非常快,而是來自物體發生的光線、或者反射出來的光線到達人眼中之後,通過眼球的折射,並在視網膜上成像,然後通過視網膜上的視杆細胞和視錐細胞,來形成對於光線強弱和顏色組合的刺激信號,通過視神經系統傳遞到大腦的視覺中樞中,最終通過處理產生關於物體的亮度、顏色、輪廓等基本信息,我們才能做出關於物體的形狀、大小、明暗等方面的判斷。
由於人眼的生理結構限制,對於可視物體存在著一定的極限,這種極限主要表面在兩個方面,一個是物體的大小,即物體的解析度,理論上的最小值為0.2微米。另外一個就是物體的明暗,物體表面發出的光線強度越大,在相同的距離下引起人眼視覺細胞刺激的能力就會越強,我們看見或者看清它就會越容易。
對於宇宙天體來說,我們在地球上能否觀測到它們,主要取決於上面兩個因素,而其它的一些因素,比如天氣狀況、雲層厚度、空氣汙染水平以及光汙染影響等,我們在一定程度上都可以通過選擇合適的時機以及區域來最大化地進行避免。由於星體的大小本身是一個固定值,我們在地球上觀測出它們的大小,則直接與距離有關,太陽系的一些行星因為和地球距離較近,雖然本身不發光,但是反射的太陽光線也會引發人眼的視覺刺激,因此我們還是會比較容易地在夜空中看到水星、金星、木星、土星,距離再遠的行星,比如天王星和海王星我們則很難用肉眼捕捉到,而太陽系外的其它恆星系中的行星,我們更無法通過肉眼觀察到。
那麼,對於太陽系以外的恆星,我們在地球上觀察到它們的亮度,則與它們本身的輻射強度以及與地球的距離兩個因素密切相關。在天文觀測中,科學界提出了兩個概念來反映它們對觀測結果的影響。第一個是星體的絕對星等,即在與星體距離32.6光年(10秒差距)處星體的亮度值,這個值是一個客觀值,與星體大小、表面溫度和輻射強度相關。
另一個是星體的目視星等,即在地球上觀測到的星體亮度值,這個值是一個主觀值,本身並不反映星體的實際狀態,只是在地球上的觀察結果,目視星等的大小與該星體與地球間的距離密切相關,並且以星體的絕對星等為基礎,目視星等與絕對星等之間存在著一個換算關係,即:m=M-lg(L0/L),其中m和M分別為該星體的目視星等和絕對星等,L0為32.6光年,L為星體與地球的距離。對於目視星等來說,其值越小,則代表該星體在地球上看到的亮度越大,在人眼生理結構的限制下,只能看到目視星等在6.0以下的星體。
按照這個標準,如果對於單一的恆星來說,正好處於6.0左右目視星等的恆星,理論上可以視為人眼能夠看到最遠的星體。根據觀測,距離地球約7500光年的海山二,在地球上的目視星等為6.12,剛剛超出人眼可視極限,但由於海山二是一顆變星,在一些時期其亮度會驟然增大,在地球上有一定的機率可以被肉眼所捕捉到,所以,我們可以初步判定,人眼所能看到的最遠單一恆星為海山二。
我們在夜空中看到的星星,其實有一些並非是單獨的恆星,而是遙遠的星系,由於距離實在是過於遙遠,那些星系中的大質量恆星所發出的光線形成了一個「組合體」,到達地球上時人眼所能看到的可能是一塊光斑,抑或是一個暗淡的亮點。從銀河系所處的空間位置來看,除了四個比較近的星系(大麥哲倫星系、小麥哲倫星系、三角座星系、仙女座星系)外,周圍還有幾十個小點的星系,共同構成了本星系群。在地球上肉眼能夠看得到的星系,也只有這四個距離較近的星系,從距離的數值來看,三角座星系距離地球最遠,達到300萬光年,它是擁有眾多巨大變星的星系,直徑在5萬光年左右,總規模小於仙女座和銀河系,位居本星系群的第三位。根據觀測,三角座星系的目視星等值為5.72,處在肉眼可見的極限範圍之內,在晴朗以及觀測條件較好的夜空條件下,人們還是可以發現這個相對於仙女座要暗淡許多的光斑存在,其位置比較靠近仙女座。
據科學家們推測,在遙遠的未來,或許60億年左右,銀河系、仙女座和三角座三個大型的星系將完成「大統一」,最終組合成一個規模更大的橢圓星系。