為什麼日出和日落的時候可以看清太陽的輪廓？

11-29

謝邀。
一句話答案：日出日落時太陽光需要穿透更厚的大氣層所以變暗了，從而更容易看清邊緣。
日出日落的時候陽光是以很大的傾角入射的，所以在大氣層中路徑變長，被吸收/散射的比例增加，陽光比白天大多數時間都要暗很多。而且，這個路徑變長的速率在接近日落/日出的時候是急劇增加的，所以白天大多數時間雖然也有變化，但卻遠不如這兩個時間明顯。
至於為何太亮了就看不清輪廓，這可以用動態範圍來解釋。動態範圍可以理解成同一張圖片里最亮部分和最暗部分的差距，對於數碼相機，這由每個像素能積累的電荷數決定，如果某物體太亮，而你為了拍到視場內較暗的物體不能用太小的光圈快門組合，這個物體對應的圖像就會積累過多的電荷。在讀取數據的時候就會溢出到周圍的像素，從而抹掉原本清晰的邊緣。
另外，衍射也可能導致這個情況。由於光的波動性，任何成像系統在最亮的像點周圍都會有暗的多的衍射條紋出現。太陽是一個圓面而不是點，所以這些條紋會互相疊加而成為連續的暈，如果中心像非常亮，這些暈也可能達到很高的亮度從而被人眼看到或者被相機拍到。於是輪廓就變得不清晰了。當然這個我不是很肯定，但理論上看沒什麼問題。

我記憶中大白天的太陽還是可以看見太陽輪廓的。

首先日出和日落時光照不是太強，大家都應該親眼直視過只個時候的太陽，因此有了此時太陽有輪廓的想法。

其次，白天太陽光太強，一般沒有人回去直視太陽，即使直視太陽也會瞬間感到刺眼而移開視線，如果你持續看的話你會發現這時的太陽是有輪廓的。

最後，我為什麼這麼說呢，是因為小時候腦殘，覺得我異於常人，與太陽之間是有聯繫的，沒事就直視太陽，（大概幾十秒）我清楚的記得是有輪廓的。看完太陽後兩眼發黑，閉上眼腦子裡還是留有一個黑色太陽的輪廓，這麼干過幾次。

和光圈有關，但是最大的問題不是景深，而是過曝了，你可以過曝去拍攝普通燈泡，由於衍射的光線非常豐富的落在了原本清晰的成像上，由於是過曝，所以感覺不出來成像和衍射光的層次，混合成一堆了，如果用低 ISO，高速快門，小光圈(當然光圈太小衍射也更加嚴重），換句話說，就是想辦法把光線強度降低，讓衍射光也好直接的成像都不會過曝光，這樣就能得到更加清晰的成像，對於人眼，就是用深色玻璃了，看日食的時候用深色玻璃就是這個用途了

以下是我作為一個很普通的人類，從一個攝影愛好者的角度去回答的，沒有引經據典，可能說錯了。

拍不清輪廓那是過曝的原因啊！！和景深、光圈有什麼關係？？？？？？
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照相機的感光器是有一個寬容度存在的，超過一定的亮度就變成全白了，低於一定亮度就全黑了。你可以通過控制曝光，整體移動這個範圍來適應現場環境，但是不能用黑科技去同時把這個寬容度向兩邊同時擴展。
人眼也有這個寬容度，但是生物體的寬容度要比這些電子設備要高級，很暗、很亮的都能看清，另外，瞳孔的一張一擴之間，會讓人眼產生一定的視覺暫留，以為自己能同時看清很亮和很暗的東西。當然，人眼也是有極限的，結合問題，平時太陽的亮度是超過人眼極限的，你眯眼眯得再小，瞳孔縮得再小，也沒辦法。

以上是大前提。
日出日落的時侯，光線斜入射大氣層，衰減得利害，光線弱了，你就可以勉強眯得著看太陽了，雖然太陽仍超了亮度極限，但是不影響你看到太陽的邊緣。
　　相機同理，把光圈縮小了，快門調快了，就可以拍清太陽輪廓了，但是周圍的景物就曝光不足了，變成暗暗的剪影了。
　　白天的時侯，太陽太強了，把空氣中的塵埃、水氣都影得超級的亮，直接就超亮度極限變成白色了，你直視它的時侯，加上一些折射、衍射效果，我的經驗是，太陽形成的亮斑起碼直徑大一倍，還不規則，你自然就看不清太陽輪廓了。
　　回到相機，你直接拍肯定就拍不清了，但是你有很多手段啊，縮光圈只不過是一個很常規的手段，你完全可以光圈全開，然後加塊中灰濾鏡把光線減弱，從而使那些過曝的水氣、灰塵壓到寬容度範圍，然後就可以得到一個輪廓清晰的過曝的太陽了。

- 因為大氣折射，日出日落光線走的路徑要長，而且走過了更多的低海拔高密度大氣。
- 折射產生色散，日出日落看到紅色太陽的時候，會看到較少的高頻輻射。
- 大氣粒子對高頻電磁波散射更明顯，進一步降低光強。
- 地霧降低日出和日落的光強
- 鏡頭光圈對光的衍射在強光下變得明顯
不僅僅是太陽那樣的強光，只要對比強就能看到衍射產生明顯的 Glow，夜晚的路燈有 Glow，即便空氣沒有雜質也有 Glow，這是衍射的效果。
- 快門控制曝光量，足夠快的快門也是可以拍清楚太陽輪廓的，快速眨眼看太陽可以感覺到中間的圓盤形。

Atmospheric refraction

"It affects not only lightrays but all electromagnetic radiation, although in varying degrees (see dispersion in optics). For example in visible light, blue is more affected than red."

Ground Fog

Bloom (shader effect) Theory
"The physical basis of bloom is that, in the real world, lenses can never focus perfectly. Even a perfect lens will convolve the incoming image with an Airy disc (the diffraction pattern produced by passing a point light source through a circular aperture).[1] Under normal circumstances, these imperfections are not noticeable, but an intensely bright light source will cause the imperfections to become visible. As a result, the image of the bright light appears to bleed beyond its natural borders.

The Airy disc function falls off very quickly but has very wide tails (actually, infinitely wide tails). As long as the brightness of adjacent parts of the image are roughly in the same range, the effect of the blurring caused by the Airy disc is not particularly noticeable; but in parts of the image where very bright parts are adjacent to relatively darker parts, the tails of the Airy disc become visible, and can extend far beyond the extent of the bright part of the image."

Airy disk

"Diffraction from an aperture with a lens. The far field image will (only) be formed at the screen one focal length away, where R=f (f=focal length). The observation angle "theta" stays the same as in the lensless case."

Glare (vision)

Daylight intensity in different conditions

20,000 lux Brightest sunlight
110,000 lux Bright sunlight
20,000 lux Shade illuminated by entire clear blue sky, midday
1,000 - 2,000 lux Typical overcast day, midday
&<200 lux Extreme of darkest storm clouds, midday
400 lux Sunrise or sunset on a clear day (ambient illumination).
40 lux Fully overcast, sunset/sunrise
&<1 lux Extreme of darkest storm clouds, sunset/rise

思考了很久，發現自己不能在自己的知識庫中搜尋到靠譜的答案，但是又確實對此感到好奇，還是等不及自己網上搜索學習了一番。以下是我經過學習以後的猜想性結論，懇請指正。

先上結論：不能看清太陽輪廓的時候是因為「光圈太大了。」

先來幾個例證，圖片均來源於網路（未考證過是拍攝的還是PS的，不過至少看上去像是拍攝的）。後文會敘述肉眼看見的和拍攝的照片具有相同的原理，因此照片亦具有代表性。

圖一：在日出日落的時候也是有可能看不清太陽的輪廓的。

圖二：通常在大白天沒見過能拍攝出輪廓清晰的太陽的。

圖三：日出日落確實能拍出太陽的清晰輪廓，通常前景也都會很暗。

圖四：但是白天也不是一定拍不出清晰的太陽，比如日全食的時候就經常可以。在特殊的攝影技巧下，據我所知通常是在鏡頭前加了顏色很深的濾鏡，阻擋了大量光線以後才能正常拍攝。

圖五：日全食現象：貝利珠，此時太陽的邊緣不清晰。

然後是文字部分。
恩，我承認是偷懶所以先把圖片都上了再慢慢碼字。

開始思考這個問題以後，我其實是先搜索了太陽的圖片。雖然個人經驗亦是如此，但是觀察大量圖片總能獲得一些什麼規律是吧。這個時候我就發現，恩，相機的拍攝效果和肉眼效果是否一樣呢？恩，原理相同，效果確實相同。因此先預備論證肉眼與相機在該問題上是相同的。
肉眼和相機的成像系統都是主要由3個部分組成：光圈、鏡頭（凸透鏡）、膠片/視網膜。
肉眼的光圈由瞳孔完成任務，瞳孔周圍的肌肉控制著進入眼球的光線總量。相機的鏡頭和肉眼的晶狀體都起到凸透鏡成像的關鍵作用。視網膜與膠片或者數碼感光元件功能相同；並且，他們都只對適當的光線刺激能夠有正常的響應，這也決定了光圈/瞳孔存在的必要性。

既然肉眼和相機本質相同，那麼以下就都拿相機說事兒了。
其實想到用相機原理代替肉眼，是在搜索關鍵詞「太陽清晰度」時的一條結果的啟發：
《怎樣清晰的拍出太陽的輪廓》
雖然是百度知道，但是這個問題對我很有啟發（鄙人了解相機有限）：

今天拍路邊的雕塑光圈已經收到很小了，雕塑變成剪影了畫面中太陽的輪廓還是沒有眼睛看到的清晰

也就是說，攝影認為更小的光圈能夠使太陽拍攝得更清晰？

搜索「光圈清晰度」：
這條搜索結果很有參考意義：《話說光圈對清晰度的影響》
其中的結論（我能看懂的部分）是：光圈對清晰度的影響非常明顯
具體怎麼影響，是否是光圈越小清晰度越高，該片博客中並沒有寫出我能看懂的相關結論。

其他的搜索結果基本都在講 「光圈越小，景深越大；光圈越大，景深越小」

其中，這篇文章《注意！光圈快門與影像清晰度的關係》還提到：
「實際上對任何鏡頭來說，都有某種最佳光圈，比最佳光圈小的光圈，儘管能產生更大的景深，但從藝術的效果來看，將是使影像的清晰度降低而不是提高。」

於是，結合搜索到的圖片，我就猜測了開頭提到的結論：太陽不清晰是因為光圈太大。

開頭的5幅圖片，可以給予如下的輔證：
首先，一般我們不拍攝太陽，是因為光線過於強烈容易損壞機器/眼睛。那麼明明有光圈啊？！顯然，不論是肉眼的瞳孔還是相機的光圈，都有最小光圈，用於拍攝/看太陽所需要的非常非常小的光圈由於平時根本沒有需求，所以為市場/進化所淘汰，或者是技術做不到。所以對於白天的太陽（如圖二）而言，最小光圈也太大了，拍不了。
那麼如圖三，日出日落的太陽由於大氣層等等的原因，其亮度遠比白天的太陽來得低。因此更有可能拍攝/直視這種太陽，此時光圈夠了，達到了能使成像清晰的光圈。並且，可以看出，此時光圈很小，前景人物幾乎是黑的，拍攝條件比較苛刻。
但是如圖一，也可能在日落日出時拍不出清晰的太陽。說明太陽的清晰與否不是由時間/太陽高度角決定的。大氣環境、雲層遮擋等問題也會改變觀察到的太陽的亮度。圖一中少量雲層的遮擋反而導致了太陽亮度的提高，這是和太陽黑子現象是類似的（本來寫原理一致，後來想想這個沒考證過，還是寫現象類似吧）。遮擋了一些，反而使光集中於更小的面積照射過來，顯得更亮。結果光圈就不夠小了，拍出模糊邊緣的太陽。
那麼既然太陽的清晰與否說與時間/太陽高度角無關，那麼就應該在白天也能拍出清晰的太陽咯？是的，於是我拿出了圖四，日食。在濾光片過濾大量光線使得光圈能夠適合拍攝日食的情況下，我們天文愛好者總是能拍出清晰的太陽照片。
同時，圖五日食貝利珠現象也說明了在貝利珠現象發生的一瞬間，我們仍然使用和之前拍攝日食相同的濾光片和光圈，就拍到了美麗的貝利珠——模糊的太陽邊緣。因為此時亮度突然變大，光圈又比最佳光圈來的太大了。

最後，腦補一個。必須是光圈啊怎麼可能是快門呢！肉眼是沒有快門的啊喂！

以上。但願我的猜測是正確的吧，懇請指正。

怎麼說呢，樓上說那麼多，看不清輪廓不是因為太陽光太過強烈了么？分析那麼多，作為科普看看還是有意思的，，，

樓上的胡曉已經說出真相了：這些時候太陽光穿過的大氣更厚，跟中午相比大量光線被過濾了，太陽看上去更暗，所以看清了邊界。另外關於亮的時候為什麼就看不清除了樓上答案還可以參考「為什麼亮的星星看起來大？」的答案
（原諒手機黨不能掛傳送門吧）

余憶童稚時，能張目對日。。。

謝邀 @袁霖，第一次被邀，好高興，我決定畫個圖（渣圖請表介意）：

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回答完畢，謝謝！