月球錯覺

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月球錯覺是對出現在低空的月球感覺比在高空時要大的一種光學錯覺,這種光學錯覺也會出現在太陽星座上。這種現象在古代就已經知道,並且在許多不同的文化中都有紀錄。如《列子·汤问》中所载的寓言故事“两小儿辩日”。

錯覺的證明[编辑]

一般都相信,至少在西元前4世紀的亞里斯多德就認為,在地平線附近的月球看起來比較大是地球大氣層放大作用造成的。但這並不是事實:雖然大氣層可以造成月球顏色的改變,但並不能放大或擴張它。事實上,當月球在地平線附近時實際上會比在高空中看到的小1.5%,這是因為它的距離遠了一個地球的半徑,加上大氣層的折射使得影像在垂直方向上縮小了一些(注意對不同的滿月,由於地月距離的變化,月球的角直徑會從在近地點33.5角分到遠地點的29.43角分之間變化著 - 可以造成10%的不同[1]。)

觀測者可以使用經緯儀直接測量滿月的大小,並且會顯示無論月球是升高或降低,它的角度大小是恆定的(忽略由於物理作用提及的非常小的變異)。當月球在不同的高度時所拍攝的照片,也顯示它的大小依然是相同的。

用一個簡單的方法也可以證明這是一種錯覺,即拿一個小物體(就說是1/4英吋寬)並將手臂伸直(約25英吋長),並且閉上一隻眼睛來觀察。調整該物體在手臂上的位置使它的大小看起來正好與月球相同;等月球升到高空後,該物體在相同的位置上依然與月球一樣大,這就顯示月球的大小沒有改變。

可能的解釋[编辑]

Ibn al-Haytham的《光學手册》(《Book of Optics》)(1011-1022 CE)這本書是科學家第一次倡議視覺是在腦中產生,而不是在眼睛。他指出一個人的經驗會影響一個人的視覺作用,並且決定他們怎樣看見。他提出一種理論來解釋月球錯覺,企圖解釋在地平線的月球看起來比在高空中大的問題,並且在中世紀的歐洲扮演了重要的角色。他為反對托勒密的折射理論而辯論,他重新解釋問題是出自視覺,而不是真正的被放大。他說判斷一個物體的距離,取決於在觀測者和該物體之間一系列不受干擾的其他物體,因此,一個物體的大小與觀測者的距離有關,在不是很精密的情況下,在地平線附近的月球會顯得較大。經由Roger BaconJohn PechamWitelo等人以Ibn al-Haytham的解釋為基礎所做的研究月球錯覺逐漸被接受是一種心理現象,托勒密的理論在17世紀遭到了棄置[2]

超過100年之久,在月球錯覺上的研究不變的是由專門研究人類理解力的心理學家當作視覺科學的行為。在回顧了許多對月球錯覺不同的解釋之後,羅斯和Plug在神秘的月球錯覺(2002年)這本書中指出「沒有任何一個理論能夠獲得決定性的勝利」[3]。同樣的結論在1989年的書中就得到了,由Hershenson編輯的月球錯覺(The Moon Illusion)就列出了24篇由不同的錯覺研究者撰寫的24個章節。

也必須記住人們是在如何不同的環境下來體認錯覺的(有些人沒有月球錯覺),因此沒有單獨的一種理論可以適合所有的人。

角大小和真實大小[编辑]

在我們的眼中,一個物體的「大小」可以用角大小(它對向眼睛的角度)或實際大小(真實的大小測量,像是公尺)來量度。例如,兩個相同且熟悉的小物體,分別被放置在距離5米和10米的距離上,則較遠的物體的角大小大約是較近物體的1/2,在視覺所佔面積為1/4。當人眼在比較將兩個不同景深的物體的真實大小時,會將角大小的偏差考慮進去。所以,在观测地平線上的月球时,我们认为此时的月球(相对于天顶的月球)会更远,而觀測出的角大小相同,这就导致了我們認為遠處的物體的真實大小較大。

另一種理論稱為參考點。當月在地平線附近時,通常是用比較常見的背景(像是樹木、電線桿等)做為參考點,因此觀測者看到的月球在這些參考點的比較下顯得較大。而當月球升高以後,觀測者失去了這些作為比較用的參考點,因此會覺得月球比它貼近在地平線附近時要小。

視距離假說[编辑]

靠近地平線附近的雲彩,傳統上是離觀測者較遠的,而在高空的雲彩距離較近,從艙房甲板的映象,讓人覺得天空的表面是彎曲的。

大約在西元200年左右,克萊門德(Cleomedes)首先清楚的闡述視距離假說的理論。理論認為在地平的月球看起來大於在高空的月球是因為它看起來感覺比較遠。

當我們觀察像雲這樣的物體時,像是天空中的鳥和飛機,當它們在地平線附近時實際上是離我們比較遠的。這也許導致我們對天空是平坦而略有彎曲的一種認知,當物體朝向地平線移動時總會造成距離上是退離我們而去的。

如果我們察覺月球是與我們在天空中看見的其他物體鄰近時,我們會期盼他在接近地平線之際也會後退,因而在視網膜上形成較小的圖像。但是,不論它在天空中或是地平線的附近,它在視網膜上形成的圖像是一樣大,我們的大腦,試圖做透視上的補償,便假設在低空的月亮有較大的實際尺寸。

在1962年,考夫曼和洛克在這方面做了廣泛的實驗,顯示出一個關鍵性的因素是距離模式上的暗示造成了錯覺(參見龐佐錯覺深度認知線性透視材質梯度)。在地平附近的月球被與呈現在地形上的距離做比較,陪伴的是遙遠的樹、建築物和伸展在前方的物體,這一切都表明他的距離是遙遠的,而這些暗示是在高空中,特別是天頂,的月球所沒有的。由許多研究員的實驗都發現了相同的結果,即攝影能減除對地平線附近月球距離的許多暗示,始展現出較大的月球看起來較小。當照片對在天頂的月球增加一些距離遙遠的暗示時,它會顯得較大。

對是距離理論的潛在問題是有少部分的人(大約5%)察覺在地平線附近的月球是暨大且距離遙遠的。多數人(大約90%)認為在地平線附近的月球比較大並且比較接近(Boring, 1962, Hershenson, 1982, McCready, 1965, 1986, Restle, 1970)。同樣的,剩餘的大多數認為它看起來較大,但距離是一樣的,只有少數幾個人完全沒有月球錯覺。這些是距離假說的擁護者抗拒龐佐錯覺的說法,人們不認為一條線實際上會比任何另一條線更遙遠,或者因為曾經看過在那兒的確實都很遠而成為習性(在地平線附近的雲比頭頂上的雲的平均高度遠100倍),因而所有在地平線的一切都會覺得很遙遠。

然而,視距離假說是在教科書上經常能夠看見的一種解釋。

相對大小假說[编辑]

歷史上,最能夠與「視距離假說」理論對抗的是「相對大小假說」理論。這種情況闡明了一個物體的大小不僅是它在視網膜上的大小,還與他所在的視覺環境直接有關聯。在月球錯覺的情況下,物體是鄰近地平線的月球(也就是說物體是靠近地平線的)顯示出的細節使月球看起來較大,而天頂的月球被廣闊空泛的天空所環繞時,使它顯得較小。

艾賓浩斯錯覺的經典說明圖顯示在右側,在較低處中央的圓圈被較小的圓圈環繞著,代表著在地平線附近的月球被許多陪伴著的小物體環繞著;在上部中央的圓圈代表在天頂附近被浩瀚的天空環繞著的月球。雖然在中央的兩個圓圈實際上是一樣的大,但許多人認為在低處的圓看起來比較大。

眼球運動視物/視物顯小症理論[编辑]

眼球運動視物和視物顯小症是生理上的效應,在這種效應下,或是失焦的物體在眼睛看起來會顯得比大或是比較小[4]。 對這種效應的一種近似的想法是將你的手放在臉孔前做近距離的觀察,當你將焦點從遙遠的物體拉回到手上時,遠方的物體看起來會顯得較小(參見en:convergence micropsia)。

應用在月球錯覺上,這種理論聲稱當觀察在天頂附近的月球時,眼睛因為失去了距離的暗示,而無法在預期的距離,或許只是幾公尺,上聚焦。這種期望造成腦子曲解了情況,即使未發生失焦的現象,也會使在天頂附近的月亮顯得比較小。當觀看在地平線附近的月球時,發生的作用剛好相反,地平線提供了月球距離是很遙遠的暗示。

關注角度假說[编辑]

根據關注角度假說,月球錯覺是伴隨著仰角高度變化導致月球在眼睛中位置的改變造成的。

參考資料[编辑]

  1. ^ 每日一天文圖 — 2006年的最大和最小滿月, NASA
  2. ^ Hershenson 1989,pp.9–10)
  3. ^ Helen Ross, Cornelis Plug (2002). The Mystery of The Moon Illusion. Oxford University Press, USA. Page 180.
  4. ^ "月球錯覺的解釋",Don McCready, University of Wisconsin-Whitewater

外部鏈結[编辑]