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    哈勃望远镜如此牛,为什么不直接用它观测行星表面?

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      🌾袁隆平

      问:为什么哈勃望远镜能够探测到我们宇宙中很远很远的图像,我们却不用它来观察我们行星的表面,而是将许多特殊任务航天器和旅行者号送到不同的行星?

      答:分辨率和外观尺寸。

      美国国家航空航天局/欧洲航天局哈勃空间望远镜的角分辨率约为角秒的1/20。如果你觉得人眼的分辨率能达到约1角分(60角秒=1角分),那就太棒了。这个分辨率足以为我们提供令人惊叹的带内行星图像,如火星、木星和土星。

      图片

      图片来源:美国国家航空航天局/欧洲航天局,J·贝尔(康奈尔大学)和M·沃尔夫(SSI)

      八年来,利用火星最为接近地球的优势,天文学家已使用哈勃望远镜获得了空间天文台对火星这颗红色星球最清晰的图像。1999年4月27日至5月6日,当火星距离地球8700万公里时,哈勃望远镜抓拍到了这些照片。从这个距离,望远镜可以观测到的火星特征只有19千米宽。

      图片

      图片来源:美国国家航空航天局,欧洲航天局和A. 西蒙(戈达德航天中心)

      这张木星的照片拍摄于这颗行星距离地球6.7亿公里时。美国国家航空航天局/欧洲航天局哈勃望远镜揭开了木星云层错综复杂、细致入微的美,云层呈条带状分布在不同的纬度。这些条带是由不同纬度沿不同方向流动的空气产生的。颜色较浅的区域称作区,是空气上升的高压区域。颜色较深的低压区域称作带,空气下沉。通常情况下,这些相反的由东向西和由西向东的气流相互作用时,风暴天气会随之出现。这颗行星的“商标”,即大红斑,是一个长寿的风暴,其直径与地球直径相仿。更小的风暴呈现为白色或棕色的椭圆形。这些风暴可以持续几个小时,或延续几个世纪。

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      图片来源:美国国家航空航天局,欧洲航天局,A. 西蒙(戈达德航天中心),OPAL团队和J·德巴奎勒(空间望远镜研究所)

      这幅合成图片由美国国家航空航天局/欧洲航天局哈勃望远镜于2018年6月6日拍摄。从图片中可以看到土星这颗有环行星及其62颗具名卫星中的六颗。自左向右,图中所见的卫星分别是土卫四、土卫二、土卫三、土卫十、土卫十一和土卫一。

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      图片来源:美国国家航空航天局、欧洲航天局

      与太阳系中的行星相比,哈勃望远镜在深空中观测的物体是巨大的,不仅在于它们的真实大小,还在于它们的外观大小。木星在夜空中的直径约为60角秒(取决于它相对地球的位置)。梅西叶100号星云的中心部分,如下所示,直径已达到2.4角分!

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      光照射到物体边缘会发生衍射现象。在A图和B图中,我们看到衍射现象在透镜与镜子中如何发生,在C图中,我们看到干涉的波如何相互增强(红色)或减弱(蓝色)。在D图中,我们看到一幅绝对完美的恒星图像。天文学家看到D图一定会非常高兴,因为这意味着他的光学系统是完美的。

      地球大气也会带来问题,但实际上我们现在可以消除大部分问题。光的衍射是基于光的波动性质。用蒙哥马利·斯科特的话来说,“我将改变物理定律。”

      我们可以使用某种屏幕或挡板来中止衍射吗?请相信我,一直有这方面的尝试。如果您成功了,请申请专利,然后乘坐航班飞往斯德哥尔摩领诺贝尔奖吧。

      透镜可以分辨细节到何程度(透镜的分辨率),其基本计算公式是,12秒除以以厘米为单位的孔径(或5除以英寸为单位的孔径)。一角秒可以看到某个200,000个直径距离外物体的外观尺寸,即三英里的四分之一。

      因此,直径(最大)为1厘米的人眼,分辨率为12角秒。这实际上远远小于——大约2-3角分,因为我们眼球的视锥细胞和视杆细胞数量有限。

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      一个典型的业余望远镜,配有一个六英寸(15厘米)的镜子,就可以一角秒的分辨率辨识一点点物体。在400,000公里远的月球上,这意味着它能看到的最小细节是两公里宽。因此,你是看不到阿波罗旗帜的。

      因此,如果建造直径十米的望远镜,分辨率为12/1000或0.0012角秒。这意味着,它可以看到其直径1670万倍的物体。如此便可以在月球上看到24米的跨度,却仍不足以看到阿波罗旗帜。

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      因此,在5亿英里外木星的卫星上,你可以看到30公里范围内的物体。在十倍远的冥王星上,你的可分辨距离是300公里。这些都有赖于正在开发中的最大的望远镜。

      人马座α星距离我们约40万亿公里。这意味着我们的超级望远镜可以看到250万公里的范围。这是太阳直径的两倍。尽管有了一个超级望远镜,许多星星看起来还只是亮点。

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      相比之下,新视野号的望远镜光圈约为8英寸(20厘米)。这是一个略高于平均水平的后院望远镜。它可以分辨0.6角秒。Teun Meerkel下列的照片展示了冥王星上766,000公里宽的细节。在那个距离,新视野号的望远镜可以分辨2公里多的范围。这还不是来自冥王星最好的照片。地球超级望远镜可以在300公里范围内取得相当大的进步。

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      我们甚至还未讨论过像往下看火星极点的事情。要看到它,你必去亲自去那里。

      间谍卫星基本上是俯视的空间望远镜,其孔径为2米(200厘米),倾斜范围,比如为500公里,其分辨率,为0.06角秒。以500公里的距离,它可以分辨约地上15厘米(6英寸),很容易看到并识别武器。这就像是在一部电影中(笔者认为是秘密行动)出示拇指指纹吗?不可能。
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      诺贝尔
      把哈勃望远镜反过来看,会不会瞬间烧焦物体
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      Lv.17人类
      🌾袁隆平
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      SKT-space🌾袁隆平
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