为什么望远镜可以看到几百万光年外的星球,却不能很仔细的看到一光年内的星球地面?
▍┩为什么望远镜可以看到几百万光年外的星球,却不能很仔细的看到一光年内的星球地面?
原理很复杂,对没有基础的人说不容易理解,所以不讲原理了,简单说看见与看清楚是二个概念,不要混,这样比喻吧,你的眼睛能看见很远地方的高楼,但你看不清楚五米远书上的字,星球就是那高楼,书上的字就是星球表面细节,你的眼睛与望远镜一个样,
▍Ⓐ为什么望远镜可以看到几百万光年外的星球,却不能很仔细的看到一光年内的星球地面?
简单讲两句。
“看到”的实质是什么?是光子达到望远镜图像传感器的数量。一两个光子或者几个光子是不会让传感器“看到”的,只有光子够多、光足够强才行。
望远镜可以看到几百万光年外的星球,这里指的是恒星,恒星很热,它一刻不停地向外辐射能量-——也就是光子,就像我们的太阳那样。并且它的光足够强,光子够多,能够在传感器上形成光点影像。于是我们的望远镜能“看到”那里有一颗恒星。
而“一光年内”的星球,这里应该指的是太阳系内的行星,比如海王星(因为太阳系的半径大约就是1光年,冥王星比海王星远,但它太小了)。假设视场角度与遥远恒星相同,但海王星自己不会发光,太阳光照到它的表面再反射回地球上望远镜的镜面上,反射回来的光子实在是太少了,因此望远镜很难形成比较清晰的图像。
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这个问题最有发言权的应该是哈勃望远镜,哈勃望远镜升空几十年来兢兢业业的为人类拍摄了许多宇宙美景,为人类做出了巨大贡献,虽然前段时间陀螺仪坏了,但是地面人员让哈勃“抖一抖”成功把陀螺仪给搞好了。
哈勃望远镜平常动辄就是拍几十亿甚至一百多亿光年外的图像,再不济也是拍火星和土星这一类行星,但是拍太阳系内行星好歹能拍个全身照,拍其他恒星就只能照出一个亮点而已,只能增强亮度,不可能显示出细节,太阳系周边一光年内也没有任何星球,最近的太阳系系外恒星和行星都在4.22光年之外。
哈勃望远镜虽然是人类手里最强的望远镜,但是它也是个光学望远镜,跟我们平常用的望远镜没什么不同,就是镜片大了一点而已,而光学望远镜在宇宙观测中只能看到本身就发光的物体,比如星系和恒星,远距离的行星反射的光太弱了,哈勃望远镜看不到。
如过现在有个星球出现在了一光年外的地方,那么哈勃也看不到,因为哈勃的镜片就决定了它的最大观测能力,哈勃连火星表面的详细图像都拍不出来,又怎么可能拍到一光年外行星的地面图像呢?
目前人类观测行星用的最多的还是射电望远镜,依靠收集到的信息来对行星进行模拟并推断行星的构成和大小。
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需要说明的是,一般情况下,普通的望远镜是很难看到几百万光年以外的星球的,除非大量的恒星组成一个星系才有可能通过普通望远镜看到。对于单一天体,甚至一些大型天文望远镜也无能为力。当然了,如果遥远星系发生剧烈的超新星爆发,那这个现象通过大型望远镜应该可以看到。
除此之外,不管用多大的望远镜去看那些遥远的恒星,都只是一个小亮点而已。以目前的望远镜来说还很难看到遥远恒星表面的细节。不过肉眼看不到可以通过其他方式对遥远恒星进行一定程度的了解。由于与题意无关。此处不再赘述。
由于某些恒星亮度很大,因此即便距离十分遥远也有可能看到。但恒星本身的直径相对于广阔的宇宙来说实在是太小了。因此单凭望远镜是很难看到星球表面的。望远镜能否看清星体表面,主要和星体大小、亮度、距离等有关。这些因素缺一不可,只要其中某一项不满足,星球表面就不可能看到。
我们一般说的深空拍摄,针对的目标都是星云、星团、星系等,这些都是体量十分巨大的。而星球本身来说还是太小了。即便距离限制在一光年内,星球的直径仍然不够看。但只要其足够亮,我们是能看到它的亮光的。就连太阳系外围的行星想单纯依靠望远镜看清细节也是很难的。因此,我们能够看到遥远的星体,但无法看清较近天体的表面。
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这有什么奇怪的,你能够看到1.5亿公里远的太阳,但能够看清10米远的一只蚊子腿吗?
你可以看到500米远的一栋高楼,但能够看清高楼墙体上的一块砖吗?这就是人眼的分辨率,不管通过外加条件,比如望远镜,把人眼的分辨率增加多少倍,但这个性质还是没有变,不同数量级的距离或者物体大小,是不可以类比的。
天文望远镜也是如此,天体越大越亮距离越近,望眼镜就能越能够搜寻到,看到的情况就会更清楚。
越大分辨率越高的望远镜就能够搜寻越远的天体,但观测太阳系外恒星不比观察太阳系内的行星,距离完全不是一个数量级,绝大多数恒星不管用什么望远镜看,也只能看到一个光点,连圆面都看不到,更别谈什么细节。
有些还要通过引力透镜放大很多倍,人类才能够观测到。一颗后来被命名Lensed Star 1的恒星,距离我们90亿光年,就是这样被发现的。但尽管这颗蓝超巨星被MACS J1149+2223星系团引力透镜放大了600倍,科学家们观测到的也只是几个光点(被引力透镜折射出4个光点)。
人眼的视角是有极限的,最小视角为1角分,而绝大多数的恒星再怎么放大也不能达到人的视角最小极限。
这个可以用公式来表示:
其中α表示视直径,R表示物体的半径,d表示物体的距离。
太阳系外的恒星毕竟距离我们太远了,距离我们最近的恒星半人马座a星的比邻星,也有4.22光年。
这些恒星相对于人眼的视角太小了,即使望远镜放大几百倍上千倍,其视直径仍然小于人类最小视角的分辨率。当视直径小于1角分时,物体就只有一个点,无法形成圆面,人类眼睛就无法分辨其细节。
光学望远镜得倍率是有极限的,不可能无限增加。因此只有距离不远又比较大型的恒星,比如像红超巨星“参宿四”,质量为太阳的19倍,直径为太阳的500多倍,距离我们640光年,才能通过恒星干涉仪直接观测到一个圆面。
而绝大多数恒星不管用什么望远镜观测,都只能是一个小光点。
所以,人类虽然可以看到几百几千几万几亿几十亿光年外的恒星,并不是能够看到细节,而是只看到它的存在。
科学家们可以通过光谱、红移、视差、引力摄动等各种方法,预测和估算出它们的大小和质量,因此对遥远的恒星也会有许多的了解。
这样可能给人们造成了一定的错觉,认为这么远的恒星都了解得这么清楚,怎么看不清更近一些的星球?其实并没有看到这些恒星的细节,网络上的那些图片绝大部分是想象概念图。
题目所说的1光年星球根本不存在,1光年还是在太阳系引力范围内,那里只有一个猜想的奥尔特云,科学界估计那里是彗星的汇集地,不断的有新的彗星在那里诞生。
现在冥王星被除名行星队伍,太阳系已知距离最远的行星是海王星,距离我们约45亿公里,只是1光年的2100分之一,也只能看到一个小球,几千公里大的风暴只能看到一个小疤痕。
由此我们应该认识到,太空太广袤了,广袤得完全不能以我们地球视角来感受和衡量。
就像我们看到的恒星,每秒钟都在高速运动,而且一秒钟都是几百公里的速度,几千年过去了,古代看到的北斗星还是那个北斗星,似乎就没有什么变化,这是为什么?
就是因为它们距离我们太远了,远的超乎我们的想象,在我们认知中很巨大的变化,对于这么遥远的距离来说比例太小了,小得肉眼看不出来,只有用精密仪器才能测量出来。所以人类把它们叫做“恒星”,恒久不变。
这就是天体运行,人的一生对于恒星演化和运行来说完全可以忽略不计,我们知道我们的渺小,才能理解天地之大,才能够用更广阔的视野来了解宇宙。
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