和金星一起玩影子遊戲!

2020-12-06 解仁江

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文章來源：Sky and Telescope

原作：Bob King

翻譯：饒文衝

校譯：牧夫天文校對組

編排：姚順儀

後臺：庫特莉亞芙卡 李子琦

原文連結：

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/venus-shadow-casting/

在4月24日月亮回來之前，和金星玩一個影子遊戲吧！

在四月的夜晚，金星是西邊天空的焦點圖源：Bob King

幾個月來，金星在黃昏時一直是個顯眼的存在——明亮到足以投射陰影。要不要嘗試一下？至少到4月24日之前，月光都不會破壞黑暗的環境；即使到25日，只要等到月亮落山後，也可以試試看。這是觀察自己被另一個天體的光投射出的影子的絕佳機會。

要成功地觀察到影子，你需要兩樣東西。首先，在沒有直接人工照明的情況下，選擇一個比較暗的觀景臺。你的投影窗口期開始於黃昏結束時，大約在日落後2小時，結束於晚上10點30分左右金星落下之前（根據你所在位置的不同，這個窗口期可能稍早或稍晚）。其次，你需要一些白色的東西來投射你的影子。貼在車窗上的一大塊布告板效果就很好。你也可以用一張白色的床單蓋在你的車頂上，用一雙靴子或其他家用物品固定住。

一個物體（淡紫色的圓圈）完全阻擋了來自像金星這樣的點光源的光，創造了一個銳利的陰影邊界。而來自面光源（比如太陽）的部分光線會進入陰影的邊緣，因為物體沒有完全擋住光源。 圖源：Bob King

就投影這個目的來說，金星更像是一個點光源（譬如恆星），而不是像太陽或月亮那樣的面光源。每個物體都可以投射出不同的影子。等到陽光燦爛的時候，觀察你自己的影子延伸到街道對面的樣子，你會注意到它有一個柔和的、擴散的邊界。這是因為你的身體擋住了一部分陽光，但不是全部。來自太陽外圍的光線進入你的陰影，使其邊緣變柔和、變灰，形成了部分陰影，或者說「半影」。

面光源（太陽）產生的模糊半影在這張陰影自畫像中清晰可見。可以注意到，陰影離被投影的物體越遠，半影就越柔和、越寬。圖源：Piqui Díaz

在這張圖中，腳附近沒有半影，或者說幾乎沒有，因為陰影和鞋之間只有幾英寸的距離，這使得鞋可以有效地遮擋整個太陽。但是，隨著你的身體和陰影之間的距離逐漸增加，被阻擋的陽光也就逐漸減少，更多的光會從邊緣處濾過。同樣的道理，當你離地球越來越遠時，地球的半影也會隨之擴大。

金星則不同。你的身體要麼100%地阻擋它，要麼沒有。不存在像太陽那樣「溢出」周圍的邊緣。這就是為什麼金星的陰影看起來像雷射一樣清晰。把太陽想像成數百個點光源的集合，每個點光源都投射出自己的窄光束。當所有這些點光源的陰影重疊時，將會出現完全的黑暗（本影）被一個較亮半影包圍的景象，而在半影中，只有個別的陰影會重疊。

我的設備：布告板、凳子和用來投影的物體圖源：Bob King

影子遊戲

我帶著床單和布告板開車到了一個相當黑暗的地方，尋找金星投射的剪影並拍照取證。首先，我搭建了一個「工作區」（上圖）。我把布告板貼在車面向金星的一側，把一個花瓶和一個木製的「X」形板放在梯子上。

接下來，我拍攝了這兩個物體在板上投射陰影的照片。一旦眼睛完全適應了黑暗，我就鋪開床單，背對著金星站著。果然，我看見了我的影子！因為眼睛的視杆細胞——負責夜視的光敏細胞——擅長探測運動的物體，所以如果我左右搖擺，就能更容易地看到我的剪影。

玩了一會兒，我發現，如果我轉到一個相對金星合適的角度——當我面對北方或南方時，金星在一邊——並把我的手臂伸到床單前面，陰影就會變得更加明顯。後來，為了比較，我在全日光下拍攝了同樣的物體，以展示陰影質量的不同。

你能看出區別嗎？左邊是金星投下的陰影，右邊是太陽投下的陰影，物品與布告板的距離相同。圖源：Bob King

在下一個晴朗的夜晚，找一個黑暗的地方，自己去看看吧。如果要拍攝你的影子，可以將ISO設置為8000，並曝光20到30秒（光圈為f/2.8或f/4）。要在黑暗中對焦，你可以在床單或布告板上貼一張黑紙，然後把鏡頭暫時放在自動對焦裝置上。用強光手電筒照射紙或板子，這樣就能在視野中形成對比，讓相機捕捉到焦點。然後將鏡頭調回手動，拍照。記住，當金星很高的時候，影子會落得更近；而當金星很低的時候，它們會在投影板上落得更遠。

4月10日，在點光源金星的照射下，我用一張床單蓋在車的一側，拍攝了一幅自畫像。詳細數據：ISO 8000, f/2.8, 25秒曝光。圖源：Bob King

4月25日晚上，蛾眉月的亮度為視星等-7.9，金星則為視星等-4.7，位置比蛾眉月高16°。到那時，是否有可能拍攝到兩者相互抵消的影子呢？一起來試試吧！

責任編輯：馬玥

牧夫新媒體編輯部

『天文溼刻』 牧夫出品

大麥哲倫星系中最明亮的超新星遺蹟N49

圖源：NASA/CXC/STScI/JPL-Caltech/UIUC/Univ. of Minn.

謝謝閱讀

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