很多人都想知道在相对论下，星际穿越者会看到什么？看完细思极恐和这样光学畸变的题，但是又不知道真假，小编为你详细的讲解吧！
这样的场景我们都很熟悉。当皮卡德机长下达加速飞行的命令时，星星就像一排排的线条从飞船身边掠过。现实中真的是这样吗？在本文中，我们基于狭义相对论简要探讨了以接近光速飞行的宇航员可能会看到什么。在阅读本文之前，您不妨先阅读另一篇文章您能感觉到洛伦茨菲茨杰拉德宫缩吗？》。它描述的题与这篇文章类似，
我们需要分别考虑两种效应光学畸变，即光子运动方向上发生的几何效应。辐射效应，包括多普勒效应和光束效应。
什么是光学畸变？
想象一下宇航员塞莱斯塔坐在她的宇宙飞船里，在遥远的星星中相对静止。这些恒星产生的光子从各个方向均匀地撞击航天器。随着她的加速，她会看到整个视野中的空间都朝着导航方向缩小。尽管这些光子来自塞莱斯塔熟悉的星后面，但它们似乎都来自正面。这就是光像差的影响。
:不同速度下的光学畸变图解，图1如图所示，一定距离的12颗恒星发出的光子均匀分布在一个圆圈中。在左图中，航天器相对于恒星静止，光子按照我们的预期到达。在中间的图像中，航天器以光速的一半行驶。我们可以看到光子到达的方向明显是向前的。右图中，飞船达到了0.99倍光速。此时，几乎所有光子都从前面到达，甚至许多原本来自后面的光子。
虽然不完全正确，但我们仍然可以将光子视为速度有限的粒子来直观地理解光的像差。当航天器运动时，在航天器本身的惯性参考系中，光子会得到一个与航天器方向相反的分量速度。因此，光子似乎来自更靠近前方的方向。
插图光学畸变以猎户座为例，图2该图显示了光学像差对飞往猎户座的航天器的影响，使用30度视场。视野保持不变，只是速度从0倍光速逐渐加速到099倍光速，我们看到的场景发生了明显的变化。当然，这里忽略辐射效应，仅考虑几何光学畸变。
多普勒频移和光束效应
现在我们将注意力转向这些恒星本身发出的光的特性。星光由多种波长的光组成。因此，当一颗恒星逐渐接近时，它发出的光的波长会因为多普勒频移而变短，但这并不意味着恒星一定会变成蓝色。原因是整个能量光谱发生了变化，一些以前不可见的红外光可能会变成红色，同样，光谱中的蓝色部分可能会变成不可见的紫外光。
插图视锥细胞的敏感性，图3视锥细胞对不同波长的敏感性
光束来自对通量的研究。与光束畸变有关，光强随着总光强的压缩而增加。此外，我们假设有稳定的光子流。如果物体逐渐靠近，光子和物体的碰撞就会更加频繁。相反，如果物体逐渐远离，两者碰撞的频率就会减少。这种现象会产生更高的通量强度，导致前面的恒星变得更亮，后面的恒星变得更暗。
人眼
人眼只对某些波长的光敏感，因此为了了解天琴座在飞船上看到的东西，我们还需要考虑眼睛的生理学。图3中的曲线粗略地显示了三种类型的视锥细胞对不同波长的敏感程度。为了获得恒星的外观特征，我们需要综合考虑恒星的光谱能量分布和人眼的灵敏度曲线来获得正确的RBG信号。
插图辐射效应以猎户座为例，图4这张图向我们展示了多普勒频移和光束效应如何改变恒星的外观，同时忽略光的像差。以猎户座为例，如图2所示，我们假设一艘航天器正在高速飞往猎户座中心。左上角的亮红色恒星称为参宿四，左下角的亮蓝色超巨星称为参宿七。在左图中，两颗恒星同样明亮，但随着我们增加速度，参宿四变得比参宿七更亮。这种现象是由多普勒频移引起的。参宿四将大量的红外光谱能量转化为可见光，参宿七将大量的可见光转化为不可见的紫外线和X射线，直至消失。
航行更快更远
考虑到几何和辐射效应的影响，我们可以推断出Celesta看到的场景。猎户座再次出现在图5中，这次没有星座线，考虑到这两种效应。在高速运动下，综合作用会使该区域的光束效果非常明显。在0.99倍光速下，几乎所有可见波都集中在前进方向半径约10度的区域内。
插图两种相对论效应协同作用，图5两种相对论效应协同作用
即使以这样的速度，钢片琴也几乎感觉不到任何移动。以0.99倍光速计算，她经历的时间比周围宇宙慢7倍，因此飞船一年可以行驶约7光年。她需要在船上七个月才能到达最近的系外行星——半人马座阿尔法星。如果想要像科幻电影中那样明显，她就必须达到更高的速度，在船上度过的每一秒都将穿越数光年。
实际速度约为光速的099999999999999994倍，即光速的161016倍。在这种极端的相对论高速下，宇宙中的所有辐射都会从导航方向上的一点发射出去。所有辐射，包括宇宙微波背景辐射，在多普勒频移的作用下，都会向伽马射线或伽马射线发射。长距离广播信号的波长发生变化，中间几乎没有留下任何间隔。与您在电视上看到的不完全一样。
参考
1WJ百科
2个天文术语
3数学瓶
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这个文章主要是讲解关于在相对论下，星际穿越者会看到什么？看完细思极恐和光学畸变的知识，希望能帮助到各位网友。
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