哈勃太空望远镜升空30多年以来,为人类拍摄了许多宇宙深处的美景,动辄几千万光年几十亿光年外的星系,在哈勃的镜头中也清晰可见。
然而奇怪的是,哈勃望远镜能拍到几亿光年外的星系,为什么却拍不清几十光年外的系外行星,甚至连太阳系内的冥王星都拍不清呢?
很多人可能会觉得这背后的原因很复杂,会牵扯到宇宙规律级别的问题,但事实上答案比你想象的要简单得多,哈勃能拍到远方星系却拍不清冥王星,纯碎就是因为两者的角直径或者说视直径不一样。
你可能对角直径这个词有些陌生,但天文学界就是用它来划定目标天体大小的,一般而言月亮在我们视野上的角直径约为0.5度,这意味着如果我们将视野上的360度空间划分为720等份,那么月亮就占据了其中的一个等份。
不过在月球距离地球38万公里角直径0.5度的情况下,距离地球254万光年外的仙女座星系角直径却达到了3度,也就是满月的6倍,这是因为仙女座星系虽然距离很远,但它的直径达到了22万光年,所以哈勃望远镜拍它要远比拍月球更容易,甚至能用几百次曝光最终合成一个几十亿像素的仙女座星系图像。
在38万公里外的月球角直径仅为0.5度的情况下,比月球体积还小,远在48亿公里之外的冥王星角直径只有0.11角秒了,在1度就等于3600角秒的情况下,不用我说你也能看出来冥王星在哈勃望远镜的视野里有多小了。
因此直到2015年新视野号探测器掠过冥王星的时候,人类才获得了冥王星的高清图像,在那之前冥王星的形象一直都是马赛克状态,甚至直到韦伯望远镜升空后的今天,它也无法对冥王星进行高清拍摄,所以向太阳系外侧发射探测器还是很有必要的,我国就有这个计划。
再回到哈勃望远镜的分辨率问题上
哪怕以现在的技术回看哈勃望远镜,它仍是一项高精尖设备,单单是它的巨型镜片的高精度研磨抛光,现在都还没有第二个国家能做到,唯一制约哈勃望远镜观测能力的只有物理规律本身,即瑞利判据。
瑞利判据其实很简单,就是指望远镜解析天体细节的能力与其口径成正比,即望远镜的口径越大,观测微小目标的能力就越强,哈勃望远镜的有效口径只有2.4米,如果是24米或者240米的话,观测能力就又不一样了。
然而受限于地球重力和环境等原因,天文学家对未来的巨型光学望远镜其实是比较悲观的,因为太空才是适合望远镜加工的最佳场所,而人类短时间内又不可能具备在太空建立工业系统的能力,因此直径数百米甚至更大的超级望远镜,可能得等到22世纪才能出现了。
不过望远镜并不是只有光学望远镜这一条路子,现在有科学家提出了基于爱因斯坦广义相对论的引力望远镜。
这是一种基于地球或者太阳能扭曲时空结构,放大远方目标而设立的望远镜,理论上来说只要找好对焦点和距离,人类就能直接获得一个地球大小口径的望远镜,它的分辨率将足以让天文学家看到临近恒星系上的系外行星的表面。