既然韦伯望远镜能看到136亿光年之外，那用它看火星会有多清晰？

韦伯望远镜于2021年12月25日发射升空，它被认为是迄今为止深空观测能力最强的太空望远镜，其携带的观测仪器能够捕捉到136亿年前从宇宙深处发来的光线，换句话来讲就是，它能够看到136亿光年之外。

那么问题就来了：既然韦伯望远镜能看到136亿光年之外，那用它看火星会有多清晰呢？对此我们似乎可以认为，与136亿光年的尺度相比，火星与地球的距离完全可以说是近在咫尺，以韦伯望远镜如此强大的观测能力，应该可以看得非常清晰才对，那实际情况果真如此吗？

其实早在2022年9月5日，韦伯望远镜就已经拍摄过火星了，然而它传回的“火星照片”却令人们大失所望，因为韦伯望远镜拍摄的“火星照片”可以说是模糊得一塌糊涂，实在跟“清晰”这个词没什么关系。

（注：图中的左侧是根据以往的观测数据给出的参考模型，右侧才是韦伯望远镜实际拍摄的图像）

能看到136亿光年之外的韦伯望远镜，为什么会拍摄出如此模糊的“火星照片”呢？是它的设备出现了故障吗？当然不是，其实真正的原因是，韦伯望远镜观测的是波长为600-28300纳米的电磁波，这个范围的电磁波只包括少数波长较长的可见光（如红光和橙光），其他的全部都是红外线。

为了尽可能地捕捉到来自宇宙深空的信息，韦伯望远镜对红外线极为灵敏，但这样就会出现一个问题，那就是如果红外线过多，就会导致它出现一种被称为“探测器饱和”（detector saturation）的现象，我们可以将其简单地理解为，过多的红外光会导致望远镜“失明”。

对于韦伯望远镜而言，来自火星的光线实在是太多了，因此在拍摄“火星照片”的时候，为了避免出现“探测器饱和”现象，技术人员不得不大幅降低曝光时间，并且只测量了韦伯望远镜所接收到的一少部分光线，正是因为如此，它拍摄到的“火星照片”才会“模糊得一塌糊涂”。

看到这里你可能会问了，为什么韦伯望远镜基本上只观测红外线呢？这主要有以下三个原因。

一、相对于可见光来讲，红外线的波长更长，可以更容易地穿过宇宙空间中的气体和尘埃，因此基于红外线的观测，就能够看到那些被气体和尘埃遮蔽的空间区域或者天体。

二、宇宙中除了那些闪亮的恒星之外，还存在着大量的低温天体，比如说系外行星、棕矮星等等，而这些天体主要是在红外线波段下释放辐射。

三、韦伯望远镜肩负的重要使命之一，就是研究宇宙中最早出现的恒星以及星系，而由于宇宙的膨胀，那些遥远的天体所发出的光线在传播过程中，其波长就会不断地变长，同时频率也会持续地降低（这也被称为“宇宙学红移”），当它们抵达地球附近时，早已变成了红外线。

相对而言，大名鼎鼎的哈勃望远镜更适合拍摄火星，因为它观测的是波长为100-1000纳米的电磁波，其中涵盖了可见光的全部波段，不过哈勃望远镜看到的火星，其实也没有想象中那么清晰。

（图为哈勃望远镜于2016年拍摄到的火星，可以看到，这张“火星照片”其实也比较模糊）

由于衍射效应的存在，当光学望远镜捕捉到一个物点发出的可见光时，并不能生成一个精确的“像点”，而只能生成一块“像斑”，假如两个“像斑”距离过近，它们就会发生重叠，进而无法分辨，因此光学望远镜是存在分辨极限的，这可以通过“瑞利判据”来进行描述。

“瑞利判据”的相关公式为“θ=1.22λ/D”，其中θ、λ、D分别代表望远镜的最小分辨角、光线的波长以及望远镜的口径，已知哈勃望远镜的口径为2.4米，可光见的波长可以取其平均值500纳米，代入该公式可得，哈勃望远镜的最小分辨角大约为2.54 x 10^-7 rad（弧度）。

火星与地球的最近距离大约为5500万公里，我们将其与哈勃望远镜的最小分辨角相乘，就可以得到，当火星距离地球最近时，哈勃望远镜拍摄火星的分辨率也只有大约14公里，所以它看到的火星其实也算不上清晰。

好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。

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