在外太空可以看到长城吗?

最近打算到北京旅游,长城肯定是会去的。稍微查了查,看到某旅游网站有这样的留言:

记不得是什么时候开始有这种说法了。好像小学时候老师也这么说,真的能看见吗?

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20个答案
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Steed专业级业余天文爱好者

2012-03-20 12:13

在太空中能不能看到长城,是个简单的物理问题。假设长城的宽度为10米,太空则以国际空间站为例,距离地面400千米,那么在400千米外看10米宽的长城,宽度的张角只有大约5角秒。这是什么概念呢?大约就相当于在10米外看一根宽0.25毫米的细线,不知道你能不能看得见,反正我是看不见。实际上,人类的肉眼可以分辨出大约0.6角分的张角,也就是大约36角秒,在太空中看起来只有5角秒宽的长城,显然超出了人类肉眼能够分辨的能力。所以,正常情况下,在太空中是看不到长城的。

但是,人眼能不能看见东西,有时候并不只是分辨能力说了算的。举个例子,最近的恒星距离我们都在4光年以外,它们的张角远远小于肉眼能够分辨的极限,但我们的肉眼仍然能够看到数以千计的恒星。原因何在呢?因为恒星会在黑暗的太空中发光,那些光传播到我们眼中,只要够亮,就能被我们看到。所以,同样的道理,宇航员在国际空间站经过地球黑夜那半球时,可以用肉眼看到人类文明创造的万家灯火,比如城市,比如连接城市的交通网络。

所以,想让肉眼在太空中看到长城,也并非不可能的事情,只要我们给长城加上景观灯光,在夜晚把长城照得灯火通明,国际空间站上的宇航员或许真能看到一道亮线在中国北部蜿蜒。不过,这种情况下看到的长城,还算不算是长城本身呢?

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这个问题是比较复杂的,具体可以参见这篇文章。
链接:http://http://news.sina.com.cn/c/2004-05-27/15253351269.shtml
太空中真的看不到长城? 文/刘晓军


中国的杨利伟和美国的赛尔南,在太空看长城产生两种不同的结果,原因可能就在于他们的视力和运气的不同。

欧洲航天局一次不算太寻常的“认错”,让人们重新开始对“太空中能不能看到长城”这一话题发生兴趣。


5月19日,欧洲航天局承认他们于5月11日发表的一张从太空中拍摄到的“长城”卫星照,其实只是一条流向北 京东北地区密云水库的河流。更正的主要动因是一些学者,包括来自复旦大学的地理学教授满志敏的质疑。


欧航局在官方网站上表示,造成这样的错误,是因为他们在向公众公布这张照片之前没有进行合理的调查。


实际上,这张照片和欧航局的“认错”对于“太空中能不能看到长城”这个问题都毫无意义,因为卫星负载的光学仪 器拍摄长城和人眼看长城完全是两码事。据满志敏介绍,用卫星看到长城并不是新鲜事,比如美国的Quickbird商用 卫星负载的光学仪器,其分辨率在1米以下,曾经在450公里高空拍长城照片,连城垛和烽火台都清晰可见。


为什么看不到长城?


与杨利伟不假思索地回答“没有看到长城”相比,美国航天员赛尔南3月在新加坡的声明同样坚决:他可以在太空1 60~320公里高度用肉眼看见长城。


从科学角度上说,100个甚至10000个人没有看见长城,也不能证明其他人真的不能看见长城;而只要有1个 以上的人真正看到了长城,就可以证明人可以看到长城(一个科学的结论必须可以在实验中再现,但不必每一次都再现)。可 惜的是,航天员本来就是小众,他们上天的任务又不是为了看长城,导致了这个“实验”很少被重复,对这个问题感兴趣的人 也只好纸上谈兵。


本来,军方有关专家对人眼远距离识别问题研究了百年以上,是最适于从理论上正确解释这个问题的人;军方教科书 中也有很多相关知识介绍。但由于众所周知的原因,军方专家一直没有出面解释,军方教科书也不能公之于众。


从理论推测而得出“太空中看不到长城”的代表人物是中国科技馆馆长王渝生。他的依据是:人眼分辨率的张角(眼 睛的分辨率指眼睛能够分辨两个相邻近的点或线的能力,通常以刚能被分开的两点或两线对眼睛瞳孔中心的张角来表示)是6 分,即0.1度,也就是圆周的1/3600。航天器通常的飞行高度是300~400公里,假设在较近的300公里高度 ,并以此为半径画一个圆,周长约1800公里。那么,肉眼在300公里高空能够看到的圆周应为1800000米×1/ 3600=500米,也就是说,只有长宽都能达到500米的物体才能在人眼中表现为一个点,从而被人看见。


而长城的宽度仅在10米左右,照此方法推断,仅靠肉眼,在20公里的高度就很难将它分辨出来,在36公里的高 度,长城就会从我们的视线内消失。


看不清不等于看不见


但问题并没有那么简单。
按照王渝生“看不见长城”的理论,在较近的300公里高度,只有长宽都能达到500米的物体才能在人眼中表现 为一个点,从而被人看见。根据几何中相似三角形的原理类推,王渝生的“理论”意味着,在3米高度,只有长宽都能达到5 毫米的物体才能在人眼中表现为一个点,从而被人看见。进一步类推,也就是说,高个的人低下头,几乎看不见地面的米粒, 显然这个理论和生活实践相去太远。其实,所谓“分辨率”,简单地说也就是平时人们熟悉的“视力”。每个人的视力是不同的,人们看不清视力表上超 出自己视力的那几行小字母的方向,也就是无法分辨那几行小字母内两个相邻近的点或线,但确实可以看到小字母模糊的影子 ,也可以看见视力表周围方框的细线。所以,看不清不等于看不见。在王渝生前面一段话基础上正确的推论应该是,航天器的飞行高度假设在300公里, 地面上只有间隔达到500米的两个物体才能在人眼中分开,而长城的宽度仅在10米左右,所以人眼不可能分清长城的两道 墙垛,但这不等于“看不见长城”。


亮度更重要


有一本公开的军事科学专著——《战场武器系统与技术》,由中国军事科学出版社出版,原主编是英国皇家军事科技 学院的军事研究部部长杰弗里·李,所有作者均为该学院各学科专家、教授。


这本专著相关部分理论指出,能否看到物体与光线夹角无关,仅仅与光量有关。所以只要一个物体发出足够亮度的光 ,就可以被看见。


年岁大一点的人可能还记得30多年前全国人民观看中国第一颗卫星从头顶飞过的故事,那一颗卫星轨道近地点高度 439公里,但它只有约一米直径,距离“500米大小的物体”很远很远,但当时全国人民在地面上的确都看到了卫星,这 是因为,它和周围夜空相比,亮度突出。


实践也可以证明上述理论。直到现在,用小于手掌的镜子反射阳光仍是召唤空中飞机的有效工具之一。抗战时大批汉 奸就是用小镜子反射阳光给日本战机上的飞行员指示目标,轰炸用先进德国武器装备起来的国民党军队,使国民党军队本来性 能优于日本的德制、美制武器装备大量被炸毁在地面。今天,小镜子仍是飞行员跳伞后、船员弃船后召唤空中飞机救生的简易 联络工具之一。


夜间,在客机上我们可以看到十几公里甚至几十公里外的一盏孤灯,还可以轻易地发现遥远的无数颗星星。小镜子、 孤灯和星星在人眼中所成的视角远小于0.01度,远小于前文所述人眼分辨率的张角极限,即0.1度,小到我们甚至可以 把它们看作点。显然,看到小镜子、孤灯和星星并不是因为它们的张角达到了人眼的分辨要求,而是因为它有足够亮度,并与 周围的背景形成了一定的反差。


线状物更显眼


大约从第一次世界大战开始,军事教科书就强调这样一个事实:肉眼观察一个点和一条线的极限距离是截然不同的。 所以在90年前,发达国家军队就逐步开始采用不同的色块,分割细长的武器装备,特别是长度超过百米的战舰,以免被对手 远距离发现,发展到今天这就是各国军队普遍采用的“迷彩”。


每个人可以亲自做一个简单的小试验,剪下一长段黑色头发,拿在手里完全竖过来看它的断面,这时多数人都无法看 到它,说明暗的点状目标不易被发现。但当你把手中的头发横过来,这时你就能看到头发。


如果把一根黑头发横粘在2米外的 白墙上,多数人都可以看到它,有人甚至可以勉强看到横粘在4米外的白墙上的头发,和粘在6米外窗户玻璃上,以蓝天为背 景的头发。晴朗的夏日中午,如果运气好,同时你或同伴视力正常,可以看到200米至500米外屋顶上和田野上空悬挂的细 细的电线,这远远超越有关张角小于0.1度的物体人眼看不见的理论。同时我们却看不见同等距离上的一只大得多的麻雀, 证明人眼对线条的观察距离确实比点状物大得多。


人头发的粗细在0.05~0.08毫米之间,以上述2米外看到头发的试验结果从理论上推算,正常人眼至少在2 00米距离可以看到5~8毫米的细线,在200公里距离可以看到5~8米宽度的线状物。而长城正是线状目标。


 太空看长城依然难 


当然,地面对地面观察的结果不能简单地作为天、地之间观察的依据,天和地之间还隔着大气层。大气湍流使天、地 间观察时目标发生轻微抖动。另外,飞船对地观察时对比度及观察结果还受很多气候和环境条件影响。例如空气污染、沙尘暴 和雨、雪、云、雾都严重妨碍观察。太阳角度以及植被季节亮度变化也同样严重影响对比度及观察结果。


不同的人观察目标的能力也有巨大差异。例如部分乡村小孩发现远处小鸟的能力比城市小孩强得多;一些飞行员长期 在空中和机场上远距离观察,结果变成视力超常的“远视眼”,远距离观察能力非常人可比。


从这些因素来看,美国航天员赛尔南在160公里高度看到长城,以及杨立伟没有看到长城都是可能的,都很正常。


赛尔南上太空是30多年前的事,那时空气污染还不严重,能见度良好;或许他眼睛很好,没有被长期航天员学习伤 了视力;又没有遇到沙尘暴和雨雪云雾;另外飞船位置、太阳角度以及季节植被亮度也许恰好适合观察长城;同时赛尔南16 0公里的最低轨道高度比杨立伟的343公里低了许多,自然观察地面也更清晰。而杨立伟上天是在秋季,地面一片风尘,阳 光暗淡,地面对比度不好,在高轨道飞船上看不到长城完全属于正常。


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嘎嘣脆_对外汉语硕士

2012-03-21 10:58

@steed 老师答得很详细了,前两天看TRVL杂志长城之行也说到这件事:
从外太空能看到长城吗?
简短来答是,不能。
详细来说就是,能,前提是你得有一个强大的望远镜并且运气足够好。

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未良斋主工科男,准死理性派,生物爱好者

2012-03-22 19:47
支持者: 沙沙小雨 chen410

我觉得别人不好说,天气好运气好的话至少塞尔南看见是完全有可能的~~~

抛去那些什么角度亮度的~只做一个简单的类比~~很多年前在小哥白尼上看到过一个换算,说相当于在50m外看一根头发丝~~~

作为一个正在向死理性派靠拢的工科男,我觉得就应该自己动手算~把很多年前科普杂志上的数据拿来就太不靠谱了。

既然塞尔南看见了就按塞尔南的来,高度160km,长城宽度10m,头发丝直径按0.07mm(以前实验测过),按比例算出来应该是1.12m,和50m可差得有点远~~

1.12m看头发丝,如果背景是白墙~不要说宇航员~就我这75/150度的近视眼都看得见~~不过考虑到大气散射~背景对观察的干扰,还有快速找到目标的难度等等~我认为作为受过训练的宇航员运气好的话在低轨道上还是能看见的~~

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松鼠老孙天文学博士,出版社编辑,科学松鼠会成员

2013-07-26 10:24
支持者: 沙沙小雨 Creative

在太空看见长城(有的甚至说从月球都可以裸眼看到长城),这是一个历史悠久,群众喜闻乐见的urban rumor,不仅国内常有,国外也时常见诸报端。举几个国外网站的讨论,为什么太空看不见长城。

The Great Wall of China, the Moon and urban myth
http://www.triviahalloffame.com/greatwall.php

Man-made structures visible from space
http://en.wikipedia.org/wiki/Man-made_structures_visible_from_space
只有比正常人视力好8倍的超人才能从低地轨道看到长城。

Can You See the Great Wall of China from Space?
http://www.universetoday.com/25364/can-you-see-the-great-wall-of-china-from-space/
这个讨论里引用的照片是2004年11月24日在国际空间站上用180毫米镜头拍摄的
http://www.nasa.gov/vision/space/workinginspace/great_wall.html
而且这是一个雪后的晴天,长城与周围环境对比更强烈。

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Lithium42地球科学、心理学专业,科学松鼠会成员

2012-03-20 15:38

如果太空中能够看到长城,那么几乎所有类似大小的建筑物都能被看到了。那么“能够在太空中看到长城”这件事情,也不是什么值得夸耀的事情。

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fuzzy无论如何,还是对C++最专业

2012-03-20 16:31

其实大家都傻了,这根本不需要上升到理论问题的高度,这是简单的实证问题。有那么多宇航员在太空中观察过地球,能看到什么人造建筑绝对是宇航员最感兴趣的问题之一,能看到的话早就公布出来了,杨利伟不是还拿个DV拍摄了吗?
星星能被看到当然是因为发光而不是分辨率,但是长城会发光吗?长城反射的阳光和周围背景有明显区别吗?

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索拉动漫控 二维设计师

2012-03-21 13:57
支持者: a158x9mnh6

一直在强调长城只有十米宽 却忘了很重要的一点 长城可有635万米长啊

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这个问题前段时间和@北京天文馆朱进 馆长争论过。他认为可以,但是条件比较苛刻,需要良好的光照,影子很长,大气干净透明的时机。而且宇航员得反复练习迅速找到它的方法,因为飞船从相关区域路过的时间很短。我认为如果我们把“看到”理解成通常意义,那么就是不能看到,朱馆长要求的那些条件已经是相当有运气和练习有素的结果。

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答案就是。。。肉眼可以直接看到,但是有的人看不到是因为个体差异

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能看到长城,那么多高速公路肯定也能看到。尤其是冬天北方的高速公路,周围白茫茫,公路是黑的,比长城还宽。

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记得曾经看到一篇文章说,长城虽然很细不容易看见,但在特定光照条件下会产生很宽的影子,就看到了

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我瞎猜一下。假设真有宇航员以为自己看见了长城。他很有可能在特定季节看见了中国的农牧业分界线(两侧颜色有可能不同)

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长城都修筑在高高的山脊山,山脊本身就是比较鲜明的标记物。

如果有合适的阳光角度造成影子和辉光,

再加上足够的地理知识和时间给宇航员让他慢慢分辨,我觉得还是有看见的可能的……

相比之下,很宽的公路、金字塔等建筑 可能会以为不够突出和不够体积 相比之下没那么明显

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其实是看不见的,曾经在去年看过一篇报道,说的就是这个

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以前有个华裔国际空间站宇航员专门在太空用自己的相机拍摄了长城。

很多人没有考虑日出或是夕阳的时候,长城产生的影子

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这是我天朝课本编造的~~事实上在太空可以看到的是北韩~~因为夜晚那里一片漆黑~周围都有灯光~~

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danjon地理学史博士生

2013-07-26 23:21

这种说法在国内至少可追溯到1925年,这是我之前写的:
http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=647503&do=blog&id=652673

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有一位西方宇航员亲口告诉我他看到了长城和许多其它建筑。前提是要有周密的计划,因为快速运行中景观稍纵即逝。

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你可以查一下长城的宽度和在太空观测时的距离……经过比例换算,也许答案就出来了。(差不多相当你在50米外观测一根头发丝)

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