目前看得最远最清晰的望远镜(可以看到93亿光年的星星)

有人问,现代望远镜能看到月球上一个人吗?我说不能,如果能看到月球上的人,就能够看到上世纪美国阿波罗登月任务留下的遗迹了,也就不会有许多关于老美登月是真是假是阴谋还是阳谋的争议了。

哈勃望远镜可以看到93亿光年的星星,为啥看不清月球上一个人?

那么为什么望远镜能够看到93亿光年的一颗星星,却看不到这么近的月球上一个人呢?要知道月球距离我们平均只有38.4万千米,只是约93亿光年的23亿分之一,如果将一个1.6米的人放大23亿倍的话,就有368万千米了,不要说看见,压都要把地球压扁了。

即便按体积比例加大,一个1.6米正常体型的人,按人体BMI指数应该在60千克左右,人体密度和水差不多,60千克水体积为0.06立方米,增加23亿倍则为1.38亿立方米,根据球体积公式倒算,1.38亿立方米就是一个直径约为641米的球。

这么大的球总能看到吧?也就是说,哈勃望远镜既然能看到93亿光年的恒星,按理就应该能看到月球上一个人,为什么看不到呢?我们一起来探讨。

首先,说说哈勃望远镜是如何看到93亿光年那颗星星的

哈勃望远镜是迄今最牛的光学空间望远镜,只有它才看到了这颗距离我们93亿光年的恒星,事实上,哈勃望远镜看得最远的天体是距离我们133.9亿光年的GN-z11星系。由于星系很庞大,今天就不作为例子来说了。

哈勃望远镜可以看到93亿光年的星星,为啥看不清月球上一个人?

其实,哈勃望远镜看到这颗遥远距离的星星,并非直接观测到,而是机缘巧合。这是一颗巨大的超蓝巨星,是迄今为止人类看到的最远恒星。之所以能看到它,是因为在人类视线与这颗恒星之间,正好有一个巨大星系团夹在中间充当了引力透镜,放大了这颗恒星的成像。

这颗恒星编号为MACS J1149 + 2223 Lensed Star 1。其中的MACS J1149 + 2223,就是充当引力透镜的巨大星系团编号;而Lensed则代表这颗恒星是通过引力透镜发现的;Star 1表示此恒星是依靠引力透镜发现的第一颗恒星。

科学家们把这颗恒星取了一个昵称叫“伊卡洛斯”。这是一个希腊神话里的悲剧人物,为什么以这样一个悲剧性人物命名,不得而知。有兴趣的朋友可以查阅资料,这里就不解释了。

哈勃望远镜可以看到93亿光年的星星,为啥看不清月球上一个人?

所谓引力透镜是爱因斯坦广义相对论的一个预言,爱翁认为,光线在重力场附近经过时,会像通过透镜一样产生弯曲,并将背景天体成像放大,从而让人类观测到更远或透镜后面的天体。这个预言早就被天文观测所证实,并在研究暗物质、暗能量、大尺度上的引力和宇宙观测等天文物理领域发挥着重要作用。

宇宙中,具有巨型黑洞的星系、星系团,暗物质团都有可能产生引力透镜效应,它们夹在遥远天体与人类视线之间,让身后的天体产生放大效应。MACS J1149 + 2223星系团距离我们约50亿光年,正好是夹在“伊卡洛斯”与我们的视线之间。

一般的引力透镜只能放大后面镜像50倍,这个巨大的引力透镜将“伊卡洛斯”放大了2000倍!由此科学家们才得以看到这颗恒星。没有这个巨大的引力透镜,哈勃望远镜再牛也是不可能看到这颗恒星的。

哈勃望远镜可以看到93亿光年的星星,为啥看不清月球上一个人?

按拉近2000倍计算,哈勃望远镜看到的这颗恒星就像在465万年的距离。如果排除引力透镜效应,即使像哈勃望远镜这就大牛空间望远镜,看到单颗恒星的能力也差不多只能在这个距离了。

这颗恒星是在宇宙大爆zha后45亿年,在距离我们93亿光年的地方发出光线的。由于宇宙在膨胀,这颗恒星现在与我们的距离已经有280亿光年了。按照恒星演化规律,像这么巨大的恒星寿命不会超过1000万年,因此,它应该早就消亡了,我们看到的并非它现在的样子,只是它93亿年前的样子。

再好的望远镜看到的恒星都基本是一个亮点

科学家用望远镜看到的绝大多数恒星,都无法看清其本来面目,都只能看到一个亮点,包括距离最近的恒星比邻星,只有4.22光年,也只能看到一个亮点。这是因为恒星的体积与距离之比太大了,即便通过再好的望远镜,到达我们眼中也无法达到最小分辨率。

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只有太阳和参宿四等极少恒星可以看到一点模模糊糊的圆面,这是因为这几颗恒星太近或太大而已。参宿四之所以能够看到一个模糊的圆面,是因为其体积是太阳的7亿多倍,亮度也很大,是太阳的9到15万倍,且距离不算太远。

因此,即便最大的望远镜,我们看到的恒星基本都不是恒星表面的样子,只是看到它们发出来的光。因为人眼是感光的,只要有几个光子到达人的视网膜,就能够看到光亮,但不一定能够看清这个发光物体的样子。

比如一只萤火虫距离我们100米,即使是白天,人眼也无法看到;但它晚上发出闪光,人们在很远就能够发现,但这并不等于看清了萤火虫的样子。观察恒星也是这样,看到的只是恒星发出的光,而不是恒星的样子。

哈勃望远镜可以看到93亿光年的星星,为啥看不清月球上一个人?

这是因为人眼看物体必须有一个最小分辨角,就是物体到达视网膜必须在最小分辨角以上,否则就无法区分。人眼的分辨角在正常亮度下,一般为1′(1角分),就是到达视网膜的角度至少有1′左右,才能够分辨出这个物体来。

望远镜也有一个最小分辨角,其分辨能力应符合瑞利判据公式:θ0=1.22λ/D,即最小分辨角θ0等于1.22乘以光的波长λ除以望远镜的口径D。也就是说,口径越大的望远镜,分辨率就越高,看得就越远。

而光学望远镜的口径越大意味着透镜越大,就越难做,因为越大的透镜越难控制形变,因此望远镜的最小分辨率是有极限的。哈勃望远镜主镜直径为2.4米,可见光的波长在380~760nm之间,我们取一个中间值为570nm,也就是5.7*10^-7m。

哈勃望远镜可以看到93亿光年的星星,为啥看不清月球上一个人?

将这些数据代入上述公式计算,哈勃望远镜的最小分辨率约为2.9*10^-7rad(弧度),1弧度约为206264.8角秒,因此哈勃望远镜的分辨率约为0.059角秒。

这样,月球上多大物体才能被哈勃望远镜分辨呢?

月球与地球的平均距离为34.8万千米,用哈勃望远镜的最小分辨率2.9*10^-7rad乘以距离38.4万千米,得到能看到最小物体直径或长度需要达到111.36米。因此,1个1.6米的人即便躺在月球上,到达哈勃望远镜视界里也只有0.00085角秒,是根本无法分辨的。

而且在月球对着地球的一面,一个人站在那里只有头肩部这么大范围对着地球,就更无法看到了。那么要多大口径的望远镜才能够看到月球上一个躺着的人呢?如果观测570nm波段的光,根据公式反算至少主镜口径要达到167米以上。

要做出这么巨大的光学镜片且不变形,目前人类还没有这个能力。而那些巨大的射电和射线望远镜,虽然口径很大,但只能观察射电或射线源,无法观测一个普通人。


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