哈勃望远镜能看那么远,那为什么不直接这样观察星球?

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终于有机会回答一次。简单地说一下星光其实非常暗淡,如果放大倍数不够,你看到的就是一个亮点,那就没有意义。如果去放大观测,那么就非常暗!普通的星空摄影和包括哈勃望远镜的摄影,其实都是用“光积累”的原理,通过对准一个天体或者一片天空的长时间拍摄,将一个时间段(可能是几分钟到几个小时以上)的星光积累起来,才能看到明显的星空或者天体照片。甚至大多数

终于有机会回答一次。简单地说一下

星光其实非常暗淡,如果放大倍数不够,你看到的就是一个亮点,那就没有意义。如果去放大观测,那么就非常暗!普通的星空摄影和包括哈勃望远镜的摄影,其实都是用“光积累”的原理,通过对准一个天体或者一片天空的长时间拍摄,将一个时间段(可能是几分钟到几个小时以上)的星光积累起来,才能看到明显的星空或者天体照片。甚至大多数时候都必须用软件后期处理,消除杂光,提高亮度,甚至增加颜色。还有很常见的星空摄影后期处理是把对一个星体或者方向拍摄的很多张长时曝光的照片再次全部叠加起来才能获得该拍摄对象的明显图像。对于在地球上的拍摄者来说,几分钟以上的长时间曝光会受到地球自转的严重干扰,拍出来的星星不是一个个点而是一条条弧线。这就还得用到赤道仪来挂着相机,并按照地球自转方向的反向旋转。所以总结地说,星空摄影都是长时间曝光的产物,哈勃望远镜也一个道理。所以人类是不可能用望远镜实时看到星光照片的效果的。因为星光太暗太暗太暗了。不过有些大的景观还是能看,比如在光污染很少的地方看银河,这个是可以看到的。但是你想看到长时曝光照片里那种绚烂的场景是完全不可能的。肉眼看银河也只是蒙蒙的一层雾一样,能看到就不错了。星空摄影非常烧钱,跟玩儿单反一样,你能做的除了出去拍,就是买设备。而且这东西没有尽头,你就算把哈勃买下来,其实还是有太远的你不能拍的天体。

说句玩笑话,一次深空摄影,终生戒深空摄影,为了大家的人身和财产安全,请远离深空摄影,嘻嘻

亲们看完了下面哈勃拍的照片,来告诉我,心痒了吗?要不要来一套深空摄影十万元入门设备套装?

哈哈我不是卖设备的,只是调侃一下






自1990年4月24日升空以来,哈勃望远镜已经拍摄了无数张迷人的星空图片,在2016年3月4日,哈勃还拍到了134亿光年之外的古老星系,刷新了人类观测距离的记录。

哈勃望远镜能看那么远,那直接这样观察星球怎么样?其实,尽管哈勃望远镜性能优越,但拍摄太阳系内的行星卫星并不是它的强项,它在这方面做得还不如近距离掠过的探测器。

我们以火星为例来进行说明。根据哈勃望远镜的分辨率(0.05角秒),以及哈勃望远镜到火星的距离(取最近的距离5600万千米),我们可以计算出在哈勃望远镜拍出的最清晰的火星图片中,一个像素相当于火星上的13公里。这种分辨率足以碾压几乎所有地球大气层内部和近地轨道上的望远镜,但这相对于火星探测器来说,还是太弱。火星勘测这轨道飞行器距离火星地表只有300千米,在如此近的距离下,它拍摄火星表面的分辨率是甩了哈勃望远镜好几条街了。火星勘测这轨道飞行器携带的相机的分辨率只有0.2角秒,一个像素对应0.3米,与哈勃望远镜差了好几个数量级,这就是距离的优势。

时间进入21世纪的今天,太阳系的八大行星、主要的卫星、各矮行星以及主要的小行星,都已经有探测器环绕拍摄或者近距离掠过拍摄,得到的图像也远比哈勃望远镜拍摄的清晰许多。所以,哈勃望远镜在这个领域已经没有用武之地了。

川陀太空

20170824

望远镜能看清的最小空间大小,我们称为角分辨率。比如,一架望远镜能看清的最小的角度是1度,这就意味着它只能看清远处垂直方向张角1度的物体。我们在量角器上,看到一度是非常非常小的。但是,如果延伸一下呢?

1米外,1度对应的物体是1.7厘米大小,1千米外,1度对应的物体就要有17米大小。也就是差不多6层楼那么高。

如果是太阳到地球那么远,1度对应的大小是多少呢?那就是两个太阳直径那么大。

所以,我们量角器上看到的那么小的一度,放在空间中就非常大了。

事实上,望远镜的角分辨率跟口径有关。望远镜口径越大,最小分辨角度也就越小。这个数值跟进入望远镜的光的波长也有关系。波长越小,分辨的角度也越小。用我们人类眼睛最敏感的黄绿光(440纳米波长),观测的时候,如果是我们普通业余的8厘米口径望远镜,那么我们能看到最小的角分辨率是1.75个角秒。一个角秒有多大呢?就是量角器上1度,分成3600份。用这样的望远镜,看太阳,可以看清楚太阳表面千分之一大小的细节。

回到哈勃空间望远镜,它的直径是2.4米,换算成最小角分辨率为应该为0.06个角秒。因为光学设计等综合原因,哈勃空间望远镜,最后的空间分辨率是控制在0.1角秒左右。而冥王星,如果我们用量角器量,对应有多少度呢?0.08个角秒。也就是,在控制的非常非常好的情况下,哈勃望远镜才正好看到一点冥王星的图像。事实上,在哈勃望远镜的图片上,冥王星也就几个像素。

而更远处的各类星星,在哈勃望远镜里,就只剩下了一个点。


哈勃望远镜的目的是尽可能看得远一点,目前哈勃最远看到过134亿光年外的天体,但是也仅仅是看到而已,哈勃望远镜2.4米的口径其实连月球的细节都看不清,更不要说几十光年上千万光年外的天体了。

哈勃望远镜能做到的只是增加星体的亮度,无法呈现出任何细节,而且就算是6.5米的韦伯望远镜上天后也同样无法看到星球的细节,望远镜小只是一方面的原因,根本问题还是天体距离太远。

哈勃望远镜看4.22光年外的比邻星就像是从北京看上海的一个苹果大小的光源,最多只能看到这个光源,至于这个光是什么东西发出来的,哈勃望远镜是看不到的,哈勃望远镜能看到的只是本身就会发光的恒星和巨量恒星构成的星系,对于不发光的行星的观测能力是非常有限的。

人类现在的宇宙学观测主要是可见光波段和不可见光波段,可见光本质上也是电磁波的一种,而可见光波段之外的广阔电磁波频段也隐藏着天体的很多信息,所以单靠哈勃望远镜是不行的,射电望远镜起到的作用有时比光学望远镜更大。

这个问题不能见到以我们的个人感觉去思考,认为哈勃望远镜如此精密高端,应该可以看到遥远的星球。

但事实上,不管再高端的望远镜,原理与普通望远镜确实一样的。

这里有个角分辨率的概念需要提一下,也就是望远镜能看到的最小空间大小,比如说望远镜能看到最小的角度为1度,说明它远处垂直方向张角为1度的东西!

1度,我们感觉非常小的角度,但是如果距离足够远,1度的角度看到的对应物体也足够大!

比如说,1米远处1度对应的物体只有17厘米,而1千米在1度对应的物体达到17米,如果是一亿米,一亿光年呢?

而如果是太阳到地球的距离,一度对应大小足足有两个太阳那么大,所以理论上如果想看清太阳的细节,比如减小角度,比如但到1角分,甚至1角秒!

而望远镜的口径与角分辨率成反比,也就是口径越大,角分辨率也就越小。用1角秒(1度的3600分之一)的望远镜也只能看清太阳的千分之一,远不能看清太阳的细节!

而哈勃望远镜的口径是2.4米,对应的角分辨率也只有0.1角秒,这样的角分辨率即使看冥王星也只有几个像素的大小,想看清细节几乎不可能!

所以,动辄上千光年(甚至)更远的天体,就更不可能看清细节了,理论上如果你有口径与太阳系一样大小的超级望远镜或许能看清细节,但这现实吗?

最后一点,如今我们看到的各种星空和天体图像多半是通过长期观察然后电脑合成的,并不是星空的真实图像,不是因为哈勃望远镜不够精密,主要是因为天体和星空距离我们是在太远了,理论上不允许我们看到真实的细节!

1990年4月,美国用航天飞机把一个口径为2~4米的光学望远镜送入太空,并以美国著名天文学家哈勃的名字来命名,称为哈勃空间望远镜。为什么人类要耗资21亿美元和长达40多年的时间才建成的望远镜发射到太空中呢?

如果你在地面利用望远镜观测过某些天体,就会知道,不论望远镜口径制作的多大,仍会有许多天体观测不到。这是因为许多天体发出许多可见光,而且还发出一些我们肉眼看不见的光,如紫外线、红外线、X射线等,他们闯过地球厚厚的大气层时,绝大部分被大气层反射或吸收了,只有可见光。射电波和一小部分红外线能够照射到地面,从而使观测精度都受到影响。

送入太空的天文望远镜所要做的任务是探测、测量遥远星空中由恒星火星系发出的光。对那些用肉眼看不见的光则用特殊的一起来探测。当哈勃空间望远镜的主镜对准某一发光星球时,来自遥远星球的光会被聚焦到望远镜的各个仪器上,然后将收集到的数据转换成无线电信号,并借助通讯卫星转发到地球,地球上的计算机再将接收到的信号还原乘客供天文学家研究的各种图像,从而揭开宇宙的许多秘密。

目前,宇航员已经给“患了近视的”的哈勃空间望远镜矫正了“视力”,现在发送回地面的图像非常清晰。天文学家把哈勃空间望远镜誉为“观天法宝”,相信有了它人类可以观测到更远的天体。

哈勃在观测行星方面并没有想象的那么厉害,细节上看的也不会比地面望远镜更清晰,毕竟是上个世纪的产物,放到现在来说已经是有些落后了。

想要看到宇宙中那些发光的恒星,用普通望远镜就可以观测,虽然看的不是太清楚。

可如果想要观察行星表面,那就需要有很高的分辨率,这个看的是望远镜的口径,而哈勃的口径仅仅只有2.4米,这个尺度对于遥远的宇宙星体来说是不够看的,哪怕只是太阳系内的行星也不会看的太清楚。

关于口径和分辨率有一个简单的公式:

分辨率=1.22*波长/口径

我们可以用这个公式来算一下,观察行星上一些细微的东西需要多大口径的望远镜。

假如要观察火星上一个两米长的物体:

分辨率=长度/距离=1.22*波长/口径

口径=1.22*波长*距离/长度

波长是指人眼可见光波,就是红橙黄绿青蓝紫,一般波长范围在400nm-760nm之间,为了使望远镜口径能更小一点,我们按照最短的400nm计算。

距离是地球到火星的距离,最近大概5500万千米,最远则超过了4亿千米,我们也按照最近的路程来计算。

长度指的是两米的物体,那么:

口径=1.22*4*10^-7*5.5*10^10/2

口径=26840/2=13420米

换算一下大概是27公里,要跑上大半个马拉松,如果是在城市里开车,差不多也需要半小时。换成高度的话,更是达到了民航客机的飞行高度。

这么大的口径,以人类目前的技术来看是有点难度的,更何况这也只是看到火星,如果去看木星就又差了点意思。

当然,如果以哈勃现在的2.4米口径去观察太阳系行星,虽然不至于太清楚,但也比地球上同类望远镜要强上不少,毕竟少了大气层的气流干扰,接受的光线只会受限于星光的衍射,达到了能观测的极限。

而之所以不用哈勃去观测行星,有两个方面的原因。

一是哈勃有自己的任务。大部分望远镜都是待在地面上,能上天的不多,而哈勃作为少数能飞出地球的望远镜,自然不能只是观察几个星球那么简单。

哈勃的任务是对宇宙做更深入的研究,通过观测更遥远的星系来追寻宇宙的本源。对于地面的望远镜来说,因为会受制于大气层,会被天气影响,无法长时间的曝光,所以在远距离观测上哈勃有无可比拟的优势。

不过由于一些星系极其遥远,所以哈勃经常会对着某一个区域保持着固定角度,并且会持续很长时间,以积累更多光线。

比如在2003年9月24日至2004年1月16日,哈勃对着天炉座拍摄了113天,累积了足够的数据,才拍出了著名的超级深空场,为人类展现出了大概130亿年前10000个星系的面貌。

所以哈勃其实挺忙的,一般太阳系内的星球都不太值得去拍,除非是1994年的彗木相撞那样的大事件。

不过不用哈勃观测行星还有另一个原因。

因为现在随着科技的提升,人类已经往宇宙中发射了不少探测器,除了旅行者,其它的都是在太阳系内执行着任务。

这些探测器上也都是携带着各种影像设备,并且由于距离上比哈勃更近,所以在拍摄效果上,哈勃反而不如一些普通的拍摄设备。

比如哈勃和朱诺号探测器拍下的木星对比:

哈勃从1990年发射到现在已经有30年时间,拍下了宇宙中不少的神秘往事,给人类对宇宙的探索立下不小功劳,不过它的年龄确实不小了,这些年里已经几次传出要退役的消息,恐怕离退休真的不远了,希望它能有个安好的晚年吧!

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