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趣味物理学
1.9.4 7.4 日出趣题
7.4 日出趣题

假设在清晨五点整时,我们就可以看到炫丽的日出。可我们知道,光的传播是需要时间的,它不可能在一瞬间完成,从太阳射到地球上,得花8分钟。一个有趣的问题出现了,如果光的传播不需要时间,在一瞬间就可以完成,那么,我们会在什么时间看到日出呢?

一般人当然会很快算出,既然太阳光射到地球得花8分钟,那么光线一瞬间到达的话,我们应该在4点52分就能看到日出,也就是5点之前8分钟。

如果我说这个答案并不正确,也许很多人会感到意外。那么我们来说一说日出吧。日出只是地球某地从没有太阳光的地方转移到有太阳光的地方。这也就是说,日出只是地球自身的自转而已,与太阳无关。即使太阳光能瞬间传播,这丝毫也不影响我们看日出的时间,依旧是清晨五点整[2],这与光传播是否需要花时间不相干。

但是,如果我们用望远镜观察日珥(太阳边缘上凸起部分),那当然会是另处一回事。如果光能瞬时传播,我们就会提前8分钟看到它。

【注释】

[1]涅克拉索夫(1821—1878),俄国诗人。

[2]如果考虑“大气的折射”,其结果会更出人意料。由于大气折射会使太阳的光线发生折曲,这样一来,在我们看日出时,太阳光会比在地平线上出现时更早地传到我们的眼里,因而我们能更早地看到日出。如果光是瞬时传播的,就不会发生大气折射,因为它在任何介质里的传播速度都一样,都是瞬时的。没有了折射,太阳光线只有在其出现在地平线上后才能直接传入我们的眼中,因而我们看到日出反而会比光线传播要花时间的情形要迟一点儿。到底要迟多长时间呢,这要视观察地点的纬度、空气温度和其他一些条件而定。一般在极地,时间要迟2分钟。