为什么很难分辨月球陨石坑是洞还是凸起

在《头脑之旅》中，PopSci 探索了我们的大脑、感官以及其间发生的奇怪事情之间的关系。

当你从空中俯瞰陨石坑时，你看到了什么？它看起来像一个被压入地面的大碗吗？还是看起来像一个凸起的土堆？你如何看到它取决于光线照射它的角度——这是一个很小的因素，但对我们如何感知世界却有着巨大的影响。

陨石坑错觉是一种现象，当图像水平或垂直翻转时，凹痕（如陨石坑、脚印，甚至是切开的餐盘）突然看起来像一个按钮弹出来，光源不再看起来像是从上方照射过来。陨石坑的卫星照片是从上方拍摄的，通常，只有当太阳光线与表面平行时，洞穴内才会投射阴影。当光线在图像中以这种方式定向时，即从地平线而不是头顶照射进来，我们对场景的感知就会改变。一旦我们旋转图片，使光线的角度在上方，它看起来又会凹下去。

人类的视觉处理基于默认的“光线来自上方”假设，因为我们在世界上遇到的大部分亮度（如太阳或家中的 LED）通常来自天空或天花板。我们的视觉系统利用这种感知，然后用它来处理表面的形状和曲率。即使我们的大脑误以为陨石坑向外突出，促成这种错觉的光学过程也是正确的。

“这有点像视觉系统执行的一系列操作，”约翰霍普金斯大学心理与脑科学系助理教授杰森·菲舍尔 (Jason Fischer) 说道。“通过将图像上下翻转，但保持光线来自上方的假设，可以重新解释形状。”

人类大脑及其信息处理方式令人好奇。我们的感官旨在提供尽可能准确和有用的世界解释，因为它们是我们接触物理现实的方式。但由于光线角度而导致的凸面和凹面之间的混淆说明了我们的大脑每天面临的更广泛的计算挑战。例如，在凹陷脸错觉中，人类面具凹陷的一侧乍一看是凸起的，这是由于现实世界的前提是脸部突出。

另一种是月亮错觉，当月亮绕地球地平线旋转时，虽然其宽度没有变化，但珍珠般的球体看起来却很大。我们的大脑为什么会这样看待月亮，目前还没有明确的答案。但一些科学家认为，我们依赖的是庞佐错觉所阐明的相同机制，即一组汇聚的平行线会模糊我们对两个宽度相同的物体的感知。在这种错觉中，我们的大脑会将这些合并的线条解读为它们正在消失在远处；因此，位于这些线条上较远的物体会显得更宽。由于我们的大脑天生就以这种方式解读物体，所以人们认为树木和建筑物就是月亮的汇聚线。这在一定程度上就是我们最终得到“超级月亮”一词的原因：“当它靠近地平线时，它看起来更远，因此你会认为它更大，”菲舍尔解释道。

无论是从地球上看月球，还是通过 NASA 的探测器和望远镜看月球，我们都在根据从环境中获取的信息快速构建和重建对眼前事物的理解。尽管生活在 3D 世界中，我们仍将周围环境中的信息记录为平面图像。因此，我们的视觉过程进化为做出 Fischer 所说的“合理假设”。

“你正在使用这两张平面图像来尝试恢复场景中的深度，但深度严重不足，这意味着没有足够的信息来完美地了解场景中物体的 3D 形状和位置，”菲舍尔说。“所以你必须对此做出一些最好的猜测。”

请记住，我们要寻找的东西之一是有关深度的线索。美国大学教授、《牛津视觉错觉大全》编辑亚瑟·夏皮罗说，这可能包括光和阴影，它们在帮助我们的大脑辨别某物是凸还是凹方面发挥着重要作用，但也包括纹理。例如，从粗渐变到细渐变，会使 2D 图像看起来远离我们倾斜。

除了陨石坑，您还可以通过其他方式探索这一技巧。“在航空摄影中，如果峡谷中有很多阴影，峡谷通常会看起来像山脉，而山脉则会看起来像河流，”夏皮罗解释道。“这是因为您不再处于光线来自上方的世界。光线来自左侧或右侧。”这就是为什么天文摄影师经常使用双筒望远镜来帮助最终图像在肉眼下正确显示。

尽管我们的视觉感知有限，但他们确实在尽力利用其所拥有的能力。

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