为什么大名鼎鼎的哈勃望远镜，连火星也看不清楚？

~

地球的大气层是我们人类的生存之本，但它也限制了我们观测宇宙的能力，为了摆脱这一困境，1990年4月24日，大名鼎鼎的哈勃望远镜发射升空，在随后的日子里，哈勃望远镜不负众望，为我们带来了无数令人着迷的星空图片，极大地提升了人类对宇宙的认知。特别是2019年5月公布的“哈勃遗产场” (HLF)，它包含了大约26.5万个星系，其中最古老的星系目前与我们的距离已经高达400多亿光年。

哈勃太空望远镜在地球上空的轨道上。由 Nasa 提供的这幅图像的元素

哈勃望远镜如此强大的观测能力着实让人叹为观止，按理来讲，以这样的实力来观测太阳系内的天体简直就是“小菜一碟”，那事实果真如此吗？

上图为哈勃望远镜在火星最接近地球的时候所拍摄到的图像，可以看到，这并不能算是一张清楚的图片，数据显示，这张图片的分辨率仅为13公里，也就是说哈勃望远镜只能分辨火星上13公里以上的物体，它根本就看不清楚火星。现在问题就来了，大名鼎鼎的哈勃望远镜，为什么连火星也看不清楚？

哈勃望远镜能看到400多亿光年外的星系，为何却看不清楚火星？

在望远镜对目标物体的观测的过程中，可以看成是目标物体被分为了若干个几何点（可称之为“物点”），理想情况下，一个物点发出的光线经望远镜捕捉后，就会生成一个精确的像点，就这样一个物点对应一个像点，若干个像点就组成了目标物体的图像。

然而由于衍射效应的存在，对应每一个物点，望远镜并不能生成一个精确的像点，而只能生成一块像斑，这被称为“艾里斑”，假如两个物点离得太近，它们对应的“艾里斑”就会互相重叠从而变得难以分辨，因此望远镜是有一个分辨极限的，对于如何定义这个分辨极限，人们通常采用的是“瑞利判据”（具体如下图所示）。

“瑞利判据”的相关公式为：最小分辨角θ= 1.22 x 波长/望远镜口径，已知哈勃望远镜的口径为2.4米，波长取可见光的平均波长500纳米，将它们代入公式，我们就可以估算出哈勃望远镜的最小分辨角θ= 1.22 x （5 x 10^-7）/2.4 约等于 2.54 x 10^-7 rad（注：rad为弧度）。

在火星最接近地球的时候，两者的距离约为 5460万公里，将其与哈勃望远镜的最小分辨角相乘，我们就得出了哈勃望远镜对应火星表面的最小分辨距离约为 13.88公里，这与上面的火星图片分辨率基本相符。同样的，木星离地球最近时的距离是 6.3 亿公里，那么在这个时候哈勃望远镜在木星表面的最小分辨距离就约为160公里，就是下图这个样子。

而离太阳最远的行星——海王星就显得“惨不忍睹”了，它是下图这个样子的。

那么为什么哈勃望远镜又能看到那些遥远的星系呢？其实我们再来简单估算一下就可以知道这个问题的答案了。

“NGC 1300”星系是位于波江座的一个棒旋星系，距离我们大约6100万光年，将这个数据与哈勃望远镜的最小分辨角相乘，我们得出在这个距离上，哈勃望远镜的最小分辨距离约为15.494光年。这看上去似乎很夸张，但这与“NGC 1300”星系超过10万光年的直径来做对比，就一点都不夸张了。

经过简单的计算，我们就可以知道以哈勃望远镜的分辨率，在10万光年的跨度上可以上生成6454个像素，要知道一台普通的23寸宽屏显示器的最高分辨率也才 1920 x 1080，也就是说，我们需要24台这样的显示器才能将这张图像完整地显示出来！

（上图为哈勃望远镜拍摄到的“NGC 1300”星系）

虽然以上只是粗略的估算，但是我们还是可以清楚地看到，哈勃望远镜的分辨率并不是想象中的那么高，因此它看不清楚火星也在情理之中了，而哈勃望远镜之所以能看到那些遥远的星系，原因是因为这些星系的尺寸实在是太大了。

顺便讲一下，平常我们所说的哈勃望远镜能看到400多亿光年外的星系，其实是将宇宙膨胀的因素也算进去了的，事实上，哈勃望远镜现在接收到的历史最久远的光线来自于130多亿年前，而那些发出这些光线的天体，在宇宙膨胀的驱动下，现在已经在距离我们400多亿光年之外了。

哈勃望远镜的技术有限，加上宇宙中星体光线的影响，导致其可以连火星都无法拍摄得很清楚。1990年升空的哈勃望远镜确实是世界闻名的望远镜的，毕竟它把宇宙上很多震惊的图片都传输回地球，可有人则觉得奇怪了，哈勃望远镜不是很厉害吗？怎么连火星这么近的星球都拍摄不清楚，反而能拍摄庞大的宇宙？其实很直观的一个问题，哈勃望远镜的技术其实有待提高。

一、考虑到星体之前光线的影响，确实会导致哈勃望远镜无法拍摄到高清的火星照片

了解过哈勃望远镜拍摄照片会发现，这个神奇的望远镜竟然可以清楚拍摄木星却不能拍清楚火星？原来这是关于了两个星球发光问题了，所以才会让拍摄到的火星会出现不清楚的情况。就好像我们拍照片时候会出现背光的情况，两个发光物体接近时候就会出现难以分别的情况；同理两个星球的接近就会让火星看起来很模糊的感觉，导致了火星怎么近也无法拍摄出很高潜的照片。

二、哈勃望远镜的技术其实并不高，所以难以拍摄太阳系比较远距离的星体

还有一个原因，就是哈勃望远镜的技术有限，不能拍摄太远距离的星体；哈勃望远镜拍摄海王星简直是用“模糊得怀疑人生”来形容，毕竟哈勃望远镜位置是固定的，所以它只能拍摄在范围内的星体照片。为何哈勃望远镜可以拍摄到高清的宇宙？却不能拍摄清楚海王星？是因为宇宙实在是太大了！所以哈勃望远镜无论怎么拍摄都可以拍摄清楚！而海王星的位置固定不变且渺少自然模糊了。

技术以及位置的限制，导致了哈勃望远镜拍摄火星都比较模糊。

因为哈勃望远镜它只能分辨火星以上13km以上的物体，它根本看不清火星。它的参数都是比较精细的，它可以看清很远距离的星系，但是比较近的却会很模糊。

因为大名鼎鼎的哈勃望远镜制造年代相对久远，当时的技术还没有那么先进。

因为通过望远镜看地球和看太空是两码事，太空太暗了，而且距离都是以亿年来计算的，想聚焦到火星上看清楚的话，哈勃望远镜还没有到那个科技水平。

---

为什么大名鼎鼎的哈勃望远镜，连火星也看不清楚？视频