[论文解读] At What Distance Can the Human Eye Detect a Candle Flame?

K. Krisciunas, D. W. Carona|arXiv (Cornell University)|Jul 22, 2015

Impact of Light on Environment and Health被引用 5

一句话总结

本研究利用校准后的CCD观测数据，对距离338米处的蜡烛火焰进行测量，结果表明：在约2.6公里（1.6英里）处，蜡烛火焰的亮度相当于一颗6等的织女星类恒星。人眼无法在10英里以外探测到蜡烛火焰，这与网络上常见的说法相矛盾。

ABSTRACT

Using CCD observations of a candle flame situated at a distance of 338 m and calibrated with observations of Vega, we show that a candle flame situated at ~2.6 km (1.6 miles) is comparable in brightness to a 6th magnitude star with the spectral energy distribution of Vega. The human eye cannot detect a candle flame at 10 miles or further, as some statements on the web suggest.

研究动机与目标

• 确定在典型大气条件下，人眼可探测到蜡烛火焰的最大距离。
• 利用天文测光技术，将蜡烛火焰的亮度与标准恒星视星等进行校准。
• 检验并驳斥广泛流传的“蜡烛火焰在10英里或更远距离仍可见”的说法。
• 利用天体测量技术，提供人眼对低亮度光源探测极限的实证数据。
• 基于与织女星的测光校准，建立蜡烛火焰可见性的定量基准。

提出的方法

• 使用已校准的天文相机，在已知距离338米处拍摄蜡烛火焰的CCD图像。
• 通过同时观测织女星（光谱能量分布已知的标准恒星）对蜡烛火焰的亮度进行校准。
• 利用标准测光零点关系，将测得的通量转换为等效绝对星等。
• 利用平方反比定律，将338米处测得的蜡烛火焰亮度与更远距离的预期亮度进行比较。
• 通过估算在暗适应条件下人眼可探测到的最暗星等（约6等）来推断可见性极限。
• 基于与6等星的星等等效性，利用平方反比定律外推探测距离。

实验结果

研究问题

• RQ1 在暗适应条件下，蜡烛火焰在多远的距离会变得无法被肉眼探测到？
• RQ2 蜡烛火焰的亮度与一颗具有织女星光谱特性的6等星相比如何？
• RQ3 广泛流传的“蜡烛火焰在10英里外仍可见”的说法是否得到实证测光数据的支持？
• RQ4 如何利用标准天文参考恒星对蜡烛火焰进行测光校准？
• RQ5 平方反比定律如何适用于低光度光源（如蜡烛）的可见范围？

主要发现

• 在338米处，蜡烛火焰的亮度等效于一颗具有织女星光谱特性的6等星。
• 通过平方反比定律外推后，蜡烛火焰在约2.6公里（1.6英里）处变得无法被肉眼探测到。
• 人眼无法在10英里（16公里）或更远的距离探测到蜡烛火焰，这与网络上常见的说法相矛盾。
• 探测极限对应约6等星等，与暗适应条件下人眼视觉敏感度的典型阈值一致。
• 使用织女星进行测光校准，为将非恒星光源（如蜡烛）的亮度与标准恒星视星等进行比较提供了可靠方法。
• 本研究基于实测数据与天体物理校准，建立了蜡烛可见性的定量上限。