大名鼎鼎的哈勃望远镜,为啥连火星也看不清楚(天文观测)

2023-08-31 14:46:42 丰彩网 133913.com
地球的大气层是我们人类生存的基础,但它也限制了我们观测宇宙的能力。为了摆脱这一限制,1990年4月24日,著名的哈勃望远镜发射到太空。接下来的日子里,哈勃太空望远镜给我们带来了无数迷人的恒星图像,大大增强了我们对宇宙的认识。特别是,2019年5月宣布的哈勃遗产场(HLF)包含约26.5万个星系,其中最古老的星系目前距离我们超过400亿光年。

哈勃望远镜的强大令人惊叹。我们本来以为观测太阳系的天体是小菜一碟,但事实果真如此吗?例如,我们来看哈勃太空望远镜拍摄的火星图片。大家可以看到,这是一张不清晰的照片,数据显示图像的分辨率只有13千米,也就是说,望远镜只能看到火星上面13千米以上的物体,而看不清整个火星。那么,为什么哈勃望远镜无法观测到整个火星呢?

在望远镜观测目标物体的过程中,可以将物体看作是由几个几何点组成的(我们称之为“内容点”)。在理想的情况下,望远镜可以将每个物体点精确地转化为一个像点,因此每个点都与一个像点相对应,而这些像点在一起构成了目标物体的形状。

然而在现实世界中,由于衍射效应的存在,与每个单独的点相对应的,望远镜并不会产生一个完美的像点,而只能产生一个“airy”点。若两个点距离太近,它们对应的“airy”点就会重叠,难以区分。这就是望远镜分辨率的极限,而“瑞利准则”通常用于定义分辨率极限。

瑞利准则的相关公式为:最小分辨率角 θ = 1.22×波长/望远镜孔径。已知哈勃望远镜的孔径为2.4米,我们取可见光平均波长500纳米,并将其插入公式中,那么我们便可估计哈勃望远镜的最小分辨率角 θ为2.54×10^-7弧度。这个结果与上述火星图片分辨率大致相同。值得一提的是,在离地球最近的时候,木星距离地球有6.3亿公里,因此哈勃望远镜此时距离木星表面的最小分辨率大约为160公里。

总的来说,尽管哈勃望远镜的能力使得我们可以观测到距离地球400亿光年以外的星系,但其分辨率仍然受到一定限制,无法将太阳系内的物体完全清晰地呈现在我们眼前。