如果地球是一只巨大的眼睛，它能看多远？《what if》系列出新书啦

2023-07-15 10:07

人的一生总是会遇到很多问题，从简单的「1+1」到复杂的天文地理，各种知识都需要我们不断去学习，不过随着科技的发展，也开始出现了一些「奇葩」问题成为了人们的新困扰，比如「如果地球上所有人都拿着激光笔同时照向月亮，月亮的颜色会改变么？」

这样的问题或许看似无厘头，但仔细想来倒也颇为有趣，知名科普漫画作家兰道尔·门罗曾推出《what if？那些古怪又让人忧心的问题》，用风趣幽默的方式，专门解答这类搞笑问题背后所蕴含的科学道理，受到了全世界众多读者的好评，而现在，续作《what if？2》再度来袭，继续为大家解读更多古怪又让人忧心的问题。

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如果地球自转加速到一天只有一秒，会发生什么?

那将会是世界末日，但每两周会有一个短暂的时期比世界末日更末日。

地球在自转，这意味着它的赤道部分被离心力向外抛出，这种离心力虽然不会强到克服引力把地球撕裂，但它足以使地球被稍微压扁，因此你在赤道上的重量会比在两极轻1磅。

如果地球(和地球上的一切)突然加速到一天只持续一秒，那么地球连一天都存活不了。那时赤道的转动速度会超过光速的10%，离心力超过引力，构成地球的物质将会被甩出去。

你不会立刻一命鸣呼，也许能苟活几毫秒甚至几秒。虽然看起来时间不长，但与你在本书其他和相对论性速度相关的「what if 场」中死亡的速度相比，这段时间相当长了。

这时地壳和地慢会分裂成建筑物大小的碎块，一秒3后，大气层就会散失到过于稀薄而令人无法呼吸，即使你站在相对静止的地球两极，可能也活不到案息那一刻。

最初几秒，膨胀的地球会把地壳变为旋转的碎片，几乎杀死地球上的所有人。但与接下来要发生的事相比，这还算温和的。

这时所有物体都会以接近光速的速度(也就是相对论性速度)运动，但每块地壳的速度都与相邻地壳接近，因此不会马上发生相对论性的碰撞。此时的世界相对平静······直到地球圆盘撞上什么东西。

第一波障碍是环绕地球的卫星带。40毫秒后，国际空间站(ISS)将与膨胀的地球大气层边缘相撞并且瞬间蒸发，随后更多卫星步入它的后尘。1.5秒后，地球圆盘将到达赤道上空的地球静止卫星带，每一次撞击都会释放强烈的伽马射线。

这些地球碎片会像持续膨胀的圆锯一样向外切割，10 秒后到达月球，1小时后光顾太阳，并将在一两天(我们原本意义上的一天)内跨越太阳系。每当地球碎片和一颗小行星相撞，就会向四面八方喷射大量能量，最终给太阳系的每个星球表面都来了场大消毒。

由于地球是倾斜的，太阳和其他行星的赤道面通常不与地球的赤道面在同一水平面上，因此它们很可能有避开这把「地球电锯」的良机。

然而，月球每隔两周就会穿过地球赤道平面。如果迪伦提出在此时加速地球自转月球将正好位于膨胀的地球圆盘轨道上。

即将发生的撞击会让月球变成一颗彗星，在高能碎片的推动下冲出太阳系。这颗彗星发出的光和热异常耀眼，以至于假使你站在太阳表面，此时你头顶上将比脚下更耀眼。太阳系的每一个星球表面：木卫二的冰、土星的环、水星的岩石地壳都将被「月光」扫荡一空。

如果领空可以无限延伸，哪个国家会拥有最多星系?

恭喜澳大利亚，银河系的新统治者。

澳大利亚的国旗上有许多符号，比如代表南十字座的五颗星。根据这个问题的答案，也许国旗设计师的想法应该更大胆些。

南半球国家在恒星所有权方面占据优势，因为地球地轴相对于银河系是倾斜的，北极通常指向远离银河系中心的方向。

如果每个国家的领空无限向上延伸，银河系中心将始终在南半球国家的控制之下，随着地球自转每天变换着主人。

巅峰时期，澳大利亚将拥有比任何国家都多的恒星，银河系中心的超大质量黑洞每天都会进入布里斯班南部布罗德沃特小镇附近的澳大利亚领空。

约一小时后，几乎整个银河系中心和相当大一部分的星系盘都将落入澳大利亚的管辖范围。

在一天中的不同时间里，很河系中心将穿过南非、菜索托、巴西、阿根廷和智利至于美国、欧洲和亚洲的大部分地区，只能勉强收获星系盘的外围区域了。不过北半球获得的井不只是边角料，外星系盘里也有一些很的东西，比如天鹅X-1，一个正在吞超巨星的恒星级黑洞。每天，当银河系中心穿过太平洋时，天鹅座X-1就会进入美国北卡罗来纳州上空的领空。

虽然拥有一个黑洞很酷，但数百万个行星系统也会不断进出美国领地，从而造成些问题。

大熊座47至少有三颗行星，还可能更多。如果这些行星上有生命，那它们每天都会经过美国一次。严格来说，这意味着每天都有那么几分钟，这些行星上的任何误杀都发生在新泽西州。

让新泽西州法院感到庆幸的是，在海拔 12 英里以上的高度通常被视为领空的“公海”。根据美国律师协会 2012 年冬季出版的《海事和海洋法委员会通讯》，发生在这个高度以上的死亡，包括太空中的死亡，理论上按 1920 年出版的《公海死亡法》(DOHSA) 处理。

但是，如果大熊座 47 星系的外星人正在考虑根据《公海死亡法》向美国法院提起诉讼，它们会大失所望，因为《公海死亡法》有 3 年的诉讼时限要求，但大熊座47距离地远在40光年之外，所以它们实际上不可能来得及提出指控。

如果地球是一只巨大的眼睛，它能看多远?

这只地球那么大的眼睛会有直径几干千米的瞳孔，它戴的隐形眼镜将凸出到大气顶部，一滴眼泪就是地球上的一片海。

这只地球大小的眼球可看不了东西。光线无法穿过那么多玻璃体，因此视网膜格是一片黑暗。晶状体也会因重力而扭曲变形，导致眼球无法聚焦。在按比例放大视究膜时也会遇到问题: 如果你让单个细胞更大，它们将无法探测到可见光的波长。

为了避免这些问题，让我们想象这只地球眼的工作原理与普通眼球的放大版相似瞳孔和视网膜面积按比例增大，但透明度和形状与普通眼球相同。这只眼睛能看得常清楚。望远镜的分辨率取决于聚光口的大小，这就是为什么长焦镜头相机比手机相机更能放大拍摄物。这只眼睛巨大的瞳孔和晶状体将赋予它强大的聚光能力。

只要晶状体没有缺陷和色彩失真，它所能看到的细节程度就主要受限于衍射，也就是由光的波动性质引起的模糊，衍射极限与聚光孔径成正比。

假设我们看向一件印有圆点且圆点之间相距5厘米的衬衫，经过可见距离公式的计算，如果从200米开外的地方看衬衫，你不会看到单个圆点，衬衫看起来就像一件纯色织物。

「地球眼」理论上的分辨率是正常眼睛的 5亿倍。如果只受衍射限制，那么当宇航员在火星上穿着衬衫时，这只眼睛将能分辨衬衫是有图案的还是纯色的。

理论上，这台地球眼望远镜能够阅读放在月球表面的印刷品，也能看到围绕半人马座阿尔法星运行的系外行星表面的大陆形状。

「地球眼能看多远」其实很容易回答，就像詹姆斯·韦布空间望远镜一样，它几平可以看到整个宇宙。来自可观测宇宙中最遥远之处的光线由于空间的扩张而被拉伸因此大部分光线向红外线方向转移，但地球眼能清晰地看到一些非常遥远的星系。

但由于空间本身迷雾重重，眼球可能无法分辨出这些星系的细节。

受到大气湍流的限制，地球上的大型望远镜看远处物体的图像会闪烁模糊，因为空气会扭曲它们反射的光线，这种波动需要复杂的自适应光学来抵消，并将望远镜的分辨率降低到理论衍射极限以下。在太空中图像会清晰得多，所以轨道望远镜能够在这些衍射极限下工作。

对地球眼来说，太空可能是朦胧而动荡的。天文学家埃里克·斯坦布林(EricSteinbring)2015年的一篇论文指出，空间结构中的量子波动可能会扭曲来自遥远星系的光，像地续空气曲来自遥远山脉的光一样。这种失真太小，不会影响目前太空望远镜的图像，但可能会影响更大的望远镜，也会模糊地球眼的视觉。即使看到的东西很模糊，地球眼也比普通人眼看得更远。在视力良好和天空案的条件下，正常人服最远能看到的是仙女座星系或三角座星系，距离地球不到 300万米年，还不到可观测宇宙边缘距离的 0.1%，宇由的大部分太暗太远，我们窥探不到下图用三个点表示银河系、仙女座和三角座。如果你把这本书放在体育馆中央的地板上，可观测宇宙边缘就和体育馆的墙壁一样远。当你仰望夜空时，能看到的一切都在图中心的小圆圈里，其实就是巨大宇宙中的一个小口袋。

虽然大多数时候你的视野都局限在圆圈内，但偶尔也可以看到更远的东西。

2008年3月18日至19日夜间，北美大部分地区多云，但墨西哥和美国西南部天空晴朗。如果那晚你在合适的时间仰望天空，则可能看到一个微弱的圆点出现在牧夫座，持续约30秒。这道光是约100亿光年外的一颗超大质量恒星坍塌时所发出的，比仙女座星系还要遥远数干倍，它创造了肉眼可见已知最远天体的新纪录。

这些坍塌的恒星从自身的两极喷出能量，我们还不太清楚其中的原因。这次在牧夫座发生的伽马射线暴名为「GRB 080319b」，它的自转轴恰好指向地球，所以地球正位于喷流中，这就是为什么GRB 080319 远在百亿光年外都可以被我们看到。爆炸将一束如铅笔般纤细的光射向宇宙，就像宇审激光笔直接对准我们的地球眼。