天文望远镜可以看到几十亿光年外的星系,为什么看不到一个星球的表面?

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天文望远镜可以观测到非常遥远的星系,距离可达几十亿光年,甚至一百多亿光年。以哈勃太空望远镜为例,它可以看到宇宙诞生只有4亿年时的星系,这意味着该星系的光行距离高达134亿光年。

然而,即便是强大的哈勃,也无法看到离我们不远的系外行星的表面,尽管最近的系外行星(比邻星b)的距离只有4.2光年。就算是太阳系中的冥王星,哈勃也无法看清它的表面。直到NASA的新地平线号探测器在2015年飞掠冥王星之时,人类才得以首次目睹冥王星的真容。

那么,是什么限制了天文望远镜的观测能力呢?

天文望远镜之所以可以观测到遥远的星系,但却无法观测到邻近系外行星的表面,原因就在于星系的尺寸远远大于行星。星系的尺寸极其巨大,至少有几千光年(几亿亿公里),甚至几十万光年(几百亿亿公里)。所以即便在很远的地方观测星系,它们看起来仍然不会显得很小,望远镜可以看到它们。

而行星的直径一般只有几千公里到十几万公里,尽管系外行星距离很近,但它们看起来非常小,望远镜无法看到它们。这就好比我们可以看到远处的高大建筑,但却看不到近处的微小细菌。

吉利彩票天文望远镜的口径在很大程度上决定了其极限分辨角(还有一个影响因素是观测波长),具体可以通过如下公式来计算口径:

口径=1.22×波长×距离/观测物体长度

为了观测到4.2光年外的比邻星b表面上一个直径100公里的物体,天文望远镜的口径就要大到242公里。而如果要看清那上面有没有生物,所需的望远镜口径则要远大于242公里。对于光学望远镜,无法做到上百公里的直径,即将建成的最大光学望远镜的直径也只有39米。

由网友 弄潮科学 提供的答案:

这很简单,天文望远镜可以看到几十亿光年外的星系,却看不到一个星球表面,就是因为一个星系庞大得多,可以用光年来计算宽度,像太阳系就有近2光年;而一个星球的直径可以小到几十千米,距离地球最近的月球直径只有3476千米,而地球上所有天文望远镜也观察不到月球上美国在1969年登月时留下的国旗。这就是望远镜的像素高低限制了天文观察的清晰度。

现在最先进的哈勃望远镜达到了90000光谱分辨率,可以观测到134亿光年外的星系。

吉利彩票光谱分辨率是什么?我们知道人眼能看到事物是有光,物体反射到眼球的不同光波就形成了物体的像。天文望远镜利用的就是光波原理,它传感器的波长范围越宽,光谱分辨率越低。

这样看来哈勃望远镜可以观察到130多亿光年外的星系,但看不清一个星球的细节,可能一个星球在哈勃看来只是一个像素了。另外哈勃望远镜虽然在地球575km的高空,没有地面灰尘等干扰,但受到了发射技术限制,它的镜片口径只有2.4米,虽然能看清到10亿km外900米直径的柯伊伯带小行星,但如果小行星上有个人是看不到的。这就是望远镜两端的底片CCD器件不能保持足够的长角:就像一个三角形底边不变,高度在无限延长的情况下,顶角的角度就会无限小,当三角形高度达到了光年以上,它顶角角度会非常微小了,所以星球上的细节自然观察不到了。

另外星系中多数存在发光的恒星,如果恒星足够亮,地面上肉眼都能看到几十光年外。但那个恒星上面是什么样的,就看不到了。

由网友 星辰大海路上的种花家 提供的答案:

吉利彩票天文望远镜可以看到几十亿光年外的星系,为什么看不到一个星球的表面?

吉利彩票在讨论这个话题之前我们得先来简单了解下看见与看清这两个概念,可能在大家都没在意过两者的区别,但即使在生活日常中都有明显的区别,比如我们能看见几百米甚至千米以外的人,但很抱歉如果不是特殊构造的眼睛的话,肯定是看不清这人长什么样!

吉利彩票一、怎么样才是看清?

上图是肉眼的构造,如果除去复杂的生理构造后的光学结构如图二,可以理解为一个单透镜镜头的相机,不过请注意这个透镜是柔性的,可以适应远景距离调节屈光度而在视网膜上清晰成像!当然近视眼就是条件范围失调了,只能在某个屈光度范围内调整,而这以外的屈光度需要镜片补偿!

光线通过晶状体成像后的向大脑输送生物电信号是有视网膜感光细胞完成的,感光细胞分为视杆细胞和视锥细胞。视杆细胞约有12000万个,对弱光刺激敏感;视锥细胞有650万~700万个,对强光和颜色敏感!简单的理解就是这些细胞是有个数限制的,如果成像过小,那么并不会出发感光细胞的信号,或者成像只有一个点,无法区分,那么正常人肉眼的分辨率极限是多少呢?大约为1角分,相当于50米外一个大小为15毫米的物体,大约就是1角硬币的大小(19毫米直径)!当然这个分辨率和我们瞳孔直径是有关的,但很抱歉我们无法改变瞳孔直径(,一般瞳孔范围是2-5MM,经过长期训练夜视能力的瞳孔会有少许扩大)!

吉利彩票二、如何延伸我们的看清范围?

尽管晶状体和瞳孔不能无限制扩大,但我们可以使用工具来改变这个局面,此时望远镜就登场了,绝对要感谢伽利略以及牛顿和开普勒的钻研精神,现代光学望远镜都是从这几种望远镜的光学结构里派生出来的,但无论哪种结构,光学主镜的直径就最终决定了我们能看清的范围,口径与分辨率之间的关系为:

吉利彩票口径=1.22×波长×距离/观测物体长度

与分辨率相关的另一个重要参数是可见光的波长,但一般取550nm,假如要看清比邻星上一个直径1000千米的黑子,那么需要多大的口径呢?

X=26789.194M

即:26.8KM左右,才能看到比邻星上直径约1000千米的黑子!

当然各位不要以为比邻星是一颗行星,它是一颗红矮星,和太阳一样也会有黑子活动!但即使这个分辨率也只能看到一个点而已!所以仍然是看到而并非看清,必须要远超这个口径才能看清楚黑子!

吉利彩票三、那为什么我们又能看到百亿光年外的天体呢?

尽管我们看不清比邻星上的黑子,也看不到上面发生的耀斑,但我们却可以检测比邻星亮度变化来推测它发生的活动,比如亮度急剧加大时,那肯定是发生了大量的日