这事儿不行,再贵的望远镜也不行


为什么哈勃望远镜无法拍出清晰的冥王星照片?

“如果你拍得不够好,那是因为你离得不够近。”——罗伯特.卡帕

最后附带一点选购望远镜的建议,谨防被无良商家忽悠哦~

我觉得楼上的回答都没答到点子上。为什么无法看清呢?因为有一个很重要的东西存在,就是衍射极限

在几何光学里,物体能严格、精确的成像。这是什么意思呢?就是比如在一个透镜(光学系统)前面放一个几何点,能成一个精确的几何点像(这里既可以是实像点也可以是虚像点)。然而,理想很丰满,现实很骨感。一个实际的光学系统的孔径(比如你的单反镜头的直径多大),是有限大小的,它不能收集物体发出的所有方向的平面波(这里把点物发出的球面波看成无数平面波的叠加),所以不能再成一个点像。此外,实际光学系统总是存在各种像差(球差,彗差),也会使最后的成像质量(变大、变形、变色)下降,虽然可以通过各种方法(比如消球差的透镜、反射镜等)减少像差对最后成像的影响,但是还是会比理论值更大。

一个几何点经过光学系统最后成的像,叫作艾利斑。两个艾利斑要是想要分开,要满足瑞利判据。具体示意如图(图是从光学书上扫描下来的,侵删),当两个艾利斑逐渐靠近,他们会变得越来越难以分辨,最后重合为一个艾利斑(什么?你说最右边的光斑是两个光斑组成的?那你真是火眼金睛啊)。

对于望远镜系统,两个点物若是想要被分辨,它们对光学系统的夹角满足公式:,其中  是光的波长,D是孔径。那么我们现在把哈勃望远镜的数据带进去估算一下好了。哈勃望远镜主镜直径 2.4 米,波长就取 500nm 好了(我才不会告诉你我是凭感觉的),就可以得到其最小分辨角为:2.5417*10^-7rad。冥王星的近日点距离是 29.66 天文单位,减去地球的 1 个天文单位。把地冥距离乘以我们得到的最小分辨角,就是对应于冥王星表面的最小分辨距离了,也就是 1100km!New Horizons 测得冥王星的直径是 2370km,那么也就是说,哈勃望远镜的能力,也就能分辨出冥王星上几个点,所以照片就很不清晰了。

对于题主说的星云照片,也可以用上面的知识来解答。举个栗子,猎户座星云 M42,离地球 1500 光年,其直径为 16 光年,相比之下张角非常大,哈勃也就能分辨相当多的细节(其实你用一个 100mm 口径的折射望远镜就能看到不少东西了哈哈)。

所以脱离物体的距离和大小谈分辨,都是耍!流!氓!

你要是问我为什么费那么大劲去探测一个那么远那么小的矮行星,而且飞过去又不能回来?我想说,因为人类的好奇心(哎呀感觉好装逼)。这是一个飞行器的一小步,却是人类的一大步

说个题外话。

为什么哈勃望远镜那么牛逼?

因为它在大气层外面。大气层里的密度变化很剧烈,导致折射率不停变化,光线就会被偏折,这也就是为什么星星会眨眼。所以地面望远镜虽然大,但是它们的分辨能力却不及哈勃(但是天文学家们很努力的在高原沙漠里建天文台观测站还有各种牛逼的方法减少扰动)。另外,哈勃可以全天候观测,不会受到白天黑夜和雨雪雾天的影响,这也是地面望远镜做不到的。

一点小建议。

望远镜绝对是一分价钱一分货,十分价钱两份货的东西。所以不要相信商家所宣传的性价比,高倍率,夜视等等。前面的分析说明了,决定分辨率的主要参数是口径,由于衍射极限的存在,就算强行把倍率做高(或者直接忽悠),看到的像也不会比较低倍率的望远镜更清晰。

所以脱离了口径谈倍率就是耍流氓。

昨天师兄问我买个家用天文望远镜多少钱,我想说,上不封顶。改天具体说吧,或者另开一题。

作者/臧天阳

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