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D4 · 影子边缘为什么是虚的?

本影与半影

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文字稿

晴天站在外面,看自己的影子。你会发现影子的中间很黑,边缘却是模糊的。为什么不干脆是一刀切的边界?有人说是因为光会绕过去。

这个说法在影子的尺度上基本不成立。光的衍射确实存在,但要绕过一个几厘米的东西,那点弯折小到看不出来。真正的原因,是太阳不是一个点。太阳有大小,它的角直径大约是半度。

这半度意味着什么?意味着太阳上的每一点,都在给你投一个影子。这些影子彼此错开一点点。错开的量,取决于物体离地面有多远。

中间那一块,是所有影子都盖住的,叫本影。外面那一圈,只有一部分影子盖住,叫半影。半影就是你觉得模糊的那一段。所以影子边缘虚不虚,取决于两个东西。

一是光源有多大。二是物体离影子有多远。拿手电筒照,光源很小,边缘就硬。用太阳照,光源又大又远,边缘就软。

而且同一个物体,举得越高,边缘越虚。这里可以算一下。太阳的角直径是半度,换成弧度大约是 0.009。一个物体离地面一米,半影的宽度就是九毫米左右。

举到两米,就是十八毫米。所以影子边缘的模糊宽度,和高度成正比。还有一个有趣的地方。日食的时候,本影和半影就成了主角。

站在本影里看到日全食,站到半影里只能看到日偏食。同一套几何。你可以自己试一下。晚上用一盏路灯照手,影子边缘就很虚。

用手机闪光灯照,边缘会硬一些。区别就在于光源的大小。所以影子的边缘,其实带着光源的信息。天文学家就是用类似的思路,去推算远处恒星的大小。

所以下次看到影子,可以想一下这件事。边缘那一圈模糊,是太阳的尺寸。想聊的在评论区说说。