為什麼望遠鏡可以看到幾百萬光年外的星球,卻不能很仔細的看到一光年內的星球地面?

陳巍173994346


觀測到星球和看清楚星球的表面所有細節是兩個不同的概念,一光年內的星球表面無法看到,幾百萬年外的星球表面更不可能“看清”。

太陽系外行星的觀測,是基於行星運行對恆星亮度的週期性影響、行星引力造成的恆星運行週期性擾動,通過光譜分析等手段確定行星的元素種類和可能含有的物質。這些方式可以使人類大致瞭解行星可能的情況,但卻無法確定。不同頻率的電磁波在宇宙中傳播,被分散、吸收的程度也不大相同,觀測也就存在誤差。

由於宇宙信號很微弱,望遠鏡的口徑就至關重要,但是光學望遠鏡由於口徑的限制,現有的技術已經做到“最大”,而光學望遠鏡是通過可見光直接觀測的,可以看到星球的表面,比如在地球可以直接觀測木星、土星的表面較為細節的情況,但是距離一光年的不會發光的天體,用這種方式即便可以觀測到天體也是非常暗的,無法得知星球細節。

射電望遠鏡的口徑可以很大很大,還可以通過多臺組成一個矩陣,通過將收集到的微弱射電信號匯聚觀測宇宙,可以看到更“暗”的天體,利用捕捉到的多種信號,“合成”為一個完整圖像。還是需要通過上文的方式,推測它的元素組成,和可能含有的物質。


來看世界呀


這有什麼奇怪的,你能夠看到1.5億公里遠的太陽,但能夠看清10米遠的一隻蚊子腿嗎?

你可以看到500米遠的一棟高樓,但能夠看清高樓牆體上的一塊磚嗎?這就是人眼的分辨率,不管通過外加條件,比如望遠鏡,把人眼的分辨率增加多少倍,但這個性質還是沒有變,不同數量級的距離或者物體大小,是不可以類比的。

天文望遠鏡也是如此,天體越大越亮距離越近,望眼鏡就能越能夠搜尋到,看到的情況就會更清楚。

越大分辨率越高的望遠鏡就能夠搜尋越遠的天體,但觀測太陽系外恆星不比觀察太陽系內的行星,距離完全不是一個數量級,絕大多數恆星不管用什麼望遠鏡看,也只能看到一個光點,連圓面都看不到,更別談什麼細節。

有些還要通過引力透鏡放大很多倍,人類才能夠觀測到。一顆後來被命名Lensed Star 1的恆星,距離我們90億光年,就是這樣被發現的。但儘管這顆藍超巨星被MACS J1149+2223星系團引力透鏡放大了600倍,科學家們觀測到的也只是幾個光點(被引力透鏡折射出4個光點)。

人眼的視角是有極限的,最小視角為1角分,而絕大多數的恆星再怎麼放大也不能達到人的視角最小極限。

這個可以用公式來表示:



其中α表示視直徑,R表示物體的半徑,d表示物體的距離。

太陽系外的恆星畢竟距離我們太遠了,距離我們最近的恆星半人馬座a星的比鄰星,也有4.22光年。

這些恆星相對於人眼的視角太小了,即使望遠鏡放大幾百倍上千倍,其視直徑仍然小於人類最小視角的分辨率。當視直徑小於1角分時,物體就只有一個點,無法形成圓面,人類眼睛就無法分辨其細節。

光學望遠鏡得倍率是有極限的,不可能無限增加。因此只有距離不遠又比較大型的恆星,比如像紅超巨星“參宿四”,質量為太陽的19倍,直徑為太陽的500多倍,距離我們640光年,才能通過恆星干涉儀直接觀測到一個圓面。

而絕大多數恆星不管用什麼望遠鏡觀測,都只能是一個小光點。

所以,人類雖然可以看到幾百幾千幾萬幾億幾十億光年外的恆星,並不是能夠看到細節,而是隻看到它的存在。

科學家們可以通過光譜、紅移、視差、引力攝動等各種方法,預測和估算出它們的大小和質量,因此對遙遠的恆星也會有許多的瞭解。

這樣可能給人們造成了一定的錯覺,認為這麼遠的恆星都瞭解得這麼清楚,怎麼看不清更近一些的星球?其實並沒有看到這些恆星的細節,網絡上的那些圖片絕大部分是想象概念圖。

題目所說的1光年星球根本不存在,1光年還是在太陽系引力範圍內,那裡只有一個猜想的奧爾特雲,科學界估計那裡是彗星的彙集地,不斷的有新的彗星在那裡誕生。

現在冥王星被除名行星隊伍,太陽系已知距離最遠的行星是海王星,距離我們約45億公里,只是1光年的2100分之一,也只能看到一個小球,幾千公里大的風暴只能看到一個小疤痕。

由此我們應該認識到,太空太廣袤了,廣袤得完全不能以我們地球視角來感受和衡量。

就像我們看到的恆星,每秒鐘都在高速運動,而且一秒鐘都是幾百公里的速度,幾千年過去了,古代看到的北斗星還是那個北斗星,似乎就沒有什麼變化,這是為什麼?

就是因為它們距離我們太遠了,遠的超乎我們的想象,在我們認知中很巨大的變化,對於這麼遙遠的距離來說比例太小了,小得肉眼看不出來,只有用精密儀器才能測量出來。所以人類把它們叫做“恆星”,恆久不變。

這就是天體運行,人的一生對於恆星演化和運行來說完全可以忽略不計,我們知道我們的渺小,才能理解天地之大,才能夠用更廣闊的視野來了解宇宙。

時空通訊觀點,歡迎點評討論。


時空通訊


首先,對於數百萬光年之外的星球,現在的天文望遠鏡也是無能為力的,最多隻能看到某些光度極高的大型恆星,而且在望遠鏡中也只是呈現為光點,真正能被天文望遠鏡觀測到結構的是尺寸巨大的河外星系。相比之下,行星(既然題主說的是星球地面,那就默認為是類地行星)的尺寸和光度都是遠遠小於恆星和星系,想要觀測到行星很難,更不用說行星的表面了。

有個最重要的指標可以衡量一個望遠鏡的觀測能力,那就是角分辨率。如果想要觀測到行星的表面,需要望遠鏡達到極高的角分辨率,這意味著望遠鏡的口徑需要變得非常大,以致於在現實中根本無法造出這樣的望遠鏡。下面,對此做個簡單的計算。

假如我們想要觀測到1光年之外行星表面上1米長的物體,那麼,所需的望遠鏡口徑為:

望遠鏡口徑=1.22×波長×距離/1

如果取波長為可見光譜中的500納米,那麼望遠鏡的口徑=1.22×500×10^-9×1×365.25×24×3600×299792458/1米=58億米=580萬千米,相當於地球和月球平均距離的15倍。而如果想要分辨出10米長的物體,那麼,望遠鏡的口徑為5.8億米,或者58萬千米,大約是地球和月球平均距離的1.5倍。要知道,即便是口徑如此巨大的望遠鏡,1米長或者10米長的物體在望遠鏡中也只是個像素點,想要看清這個物體是什麼,望遠鏡的口徑還需要變得更大。在現實中,這樣巨大的望遠鏡根本就造不出來,所以我們無法觀測到遙遠行星的表面。相比之下,由於星系的尺寸巨大,即便它們距離地球很遠,我們也能觀測到它們的詳細結構。


火星一號


需要說明的是,一般情況下,普通的望遠鏡是很難看到幾百萬光年以外的星球的,除非大量的恆星組成一個星系才有可能通過普通望遠鏡看到。對於單一天體,甚至一些大型天文望遠鏡也無能為力。當然了,如果遙遠星系發生劇烈的超新星爆發,那這個現象通過大型望遠鏡應該可以看到。

除此之外,不管用多大的望遠鏡去看那些遙遠的恆星,都只是一個小亮點而已。以目前的望遠鏡來說還很難看到遙遠恆星表面的細節。不過肉眼看不到可以通過其他方式對遙遠恆星進行一定程度的瞭解。由於與題意無關。此處不再贅述。



由於某些恆星亮度很大,因此即便距離十分遙遠也有可能看到。但恆星本身的直徑相對於廣闊的宇宙來說實在是太小了。因此單憑望遠鏡是很難看到星球表面的。望遠鏡能否看清星體表面,主要和星體大小、亮度、距離等有關。這些因素缺一不可,只要其中某一項不滿足,星球表面就不可能看到。

我們一般說的深空拍攝,針對的目標都是星雲、星團、星系等,這些都是體量十分巨大的。而星球本身來說還是太小了。即便距離限制在一光年內,星球的直徑仍然不夠看。但只要其足夠亮,我們是能看到它的亮光的。就連太陽系外圍的行星想單純依靠望遠鏡看清細節也是很難的。因此,我們能夠看到遙遠的星體,但無法看清較近天體的表面。



張家小智兒



這個問題最有發言權的應該是哈勃望遠鏡,哈勃望遠鏡升空幾十年來兢兢業業的為人類拍攝了許多宇宙美景,為人類做出了巨大貢獻,雖然前段時間陀螺儀壞了,但是地面人員讓哈勃“抖一抖”成功把陀螺儀給搞好了。

哈勃望遠鏡平常動輒就是拍幾十億甚至一百多億光年外的圖像,再不濟也是拍火星和土星這一類行星,但是拍太陽系內行星好歹能拍個全身照,拍其他恆星就只能照出一個亮點而已,只能增強亮度,不可能顯示出細節,太陽系周邊一光年內也沒有任何星球,最近的太陽系系外恆星和行星都在4.22光年之外。


哈勃望遠鏡雖然是人類手裡最強的望遠鏡,但是它也是個光學望遠鏡,跟我們平常用的望遠鏡沒什麼不同,就是鏡片大了一點而已,而光學望遠鏡在宇宙觀測中只能看到本身就發光的物體,比如星系和恆星,遠距離的行星反射的光太弱了,哈勃望遠鏡看不到。

如過現在有個星球出現在了一光年外的地方,那麼哈勃也看不到,因為哈勃的鏡片就決定了它的最大觀測能力,哈勃連火星表面的詳細圖像都拍不出來,又怎麼可能拍到一光年外行星的地面圖像呢?

目前人類觀測行星用的最多的還是射電望遠鏡,依靠收集到的信息來對行星進行模擬並推斷行星的構成和大小。


宇宙探索未解之迷


對於望遠鏡可以看到幾百萬年外的星球我不做否認,但是要明白的是即使你看到了,你能見到的不過是一個亮點而已,而且這還是比較大的恆星你才可以看得見,亮度一般的,像地球這樣的幾百萬光年外是無論如何也看不見的。

一般來講我們所說的望遠鏡指的是射電望遠鏡,普通的光學望遠鏡無論如何也做不到可以感知從幾百萬光年外發出的光,

因為它不可以做的太大,太大就容易變形導致精度不行。射電望遠鏡就可以做得足夠大了,目前世界上最大的射電望遠鏡是中國的FAST,它可以觀測到137億光年外的星體,這相當於宇宙的邊緣。

射電望遠鏡是怎麼工作的呢?簡要說一下:射電望遠鏡就是用天線感應電磁波,這包括人類的可見光和不可見光,然後將感應得到的信號轉化為電壓信號,接受到的電壓信號被放大器放大,

由電壓信號得到功率的大小,功率值就是我們記錄下來的信息,最後得到的結果是一系列的彎彎曲曲的曲線,根據不同顏色光線波長的不同,天文學家通過分析就可以得知具體的星體的一些參數。也就是說根本不是我們所想的那樣看到的是和照片一樣的實物,可以說是看到了星體,但是呢具體的影像是由電腦合成的,不是肉眼就可以看得出來的。也就不可以看的清表面的具體情況了。

如果說是離得比較近的星體,你想要看清楚它的表面也是很困難的,事實上你只可以看得清月球以及離地球較近的幾顆行星的表面。一萬光年的距離是很遠的,也就是說你眼睛感知到的這個星體發出的光是一萬年以前就發出了的,經過了一萬年的時間才到達地球。在這個過程中,電磁波信號難免會受到干擾,而且在地面觀測的話容易受到地面灰塵和大氣中水汽的干擾,地球的大氣層各層溫度不一,不同溫度的大氣會使光線產生折射,這樣一來就會使圖像產生抖動,也就看不清了。既然這樣,那麼在太空中安裝一個大型望遠鏡不就可以了嗎?是啊,哈勃望遠鏡不是升空多年了嘛,事實上它確實可以看的夠遠,大約可以看清70億公里外的一個小星體的表面,但是可別忘了70億公里與一萬光年比起來簡直就是不值一提。而由於受限於發射能力,發射大口徑的光學望遠鏡也是很困難的了。


所以說啊,可以看到的不是具體的實物,看得清的又由於技術的限制而不能夠實現。看得清與看不清從來就不是距離的影響,而是由於技術受限罷了。


鏡像宇宙


答:望遠鏡看到幾百萬光年外的星球,並非星球詳細的表面;就如我們能肉眼看到38萬公里的月亮,但是卻無法肉眼看清10米外手機屏幕上的文字一樣。


望遠鏡存在最小角分辨率,我們要想看到遙遠物體的細節,就需要提高望遠鏡的角分辨率,而角分辨率主要和望遠鏡的口徑大小有關,由瑞利判據進行初略估計。



我們看到遙遠的恆星,其恆星發出的光線亮度非常高;所以光線到達地球后,還可以被我們的望遠鏡分辨出來,但是恆星在望遠鏡中也就是一個點而已,沒有更多恆星表面的細節信息。


而一光年外的星球,如果是矮行星,它只會發射太陽光,當反射的光線到達地球后,已經非常微弱了,不可能攜帶行星表面的信息,所以我們現有的望遠鏡無法看清數光年外星球表面的細節。




除非我們的望遠鏡做得非常大,利用瑞利判據可知,距離1光年的星球上,我們要分辨1千米長的物體,需要我們建造6萬千米直徑的望遠鏡才行,這比地球還大了十倍呢!

另外,如果行星反射的光線太弱,那麼無論你建造多大的望遠鏡,也無法看到行星表面的細節,就如你在漆黑的夜晚,看不清十米開外的物體一樣。


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艾伯史密斯


天文望遠鏡目前還沒有達到看到幾百萬光年外的星球的能力,看到幾百萬光年外的只是那些較大尺寸的星系。

望遠鏡有不同的種類,適應不同的電磁波波段。哈勃空間望遠鏡可以看到遙遠的深空圖景,捕捉到的僅是微微的光亮罷了。我們看到的美麗的星系圖片,都是經過NASA專業人員二次製作出來的,依據的仍然是專業的觀測數據,不是憑空想象的。

NASA的製圖團隊都是具備著紮實的天文知識基礎的。所以,製作出來的圖片都是符合現實情況的。

想接收到更遠的光線,需要很大的口徑,想看得結構更清晰,也需要大口徑。有這麼一個公式:想要觀測的目標長度/距離=1.22*波長/口徑,那麼就是這樣:口徑=(1.22*波長*距離)/目標長度。

比方說要看到4光年外的一個直徑為1米的物件,那麼望遠鏡口徑得多大呢?

口徑=(1.22*500*10^-9*4*299792458*3600*24*365)/1=2320萬千米。{可見光波長取箇中間值500納米,注意要轉化為單位米,單位要帶對。}

2000多萬公里的口徑,這想都不敢想。

我們現在看到的太陽系外圍行星的圖片都是旅行者一、二號,先驅者號、新視野號探測器掠過行星附近時近距離拍到的,不是靠哈勃,哈勃只能看看超遠距離的恆星或者是河外星系。

予人玫瑰,手有餘香!


一枚遊戲科幻迷


為什麼望遠鏡可以看到幾百萬光年外的星球,卻不能很仔細的看到一光年內的星球地面?

這其實很容易理解,其實根本不需要望遠鏡,我們肉眼都能看到不止幾百萬光年外的天體,迄今為止肉眼所能看到的最遙遠的天體是超級伽瑪射線暴GRB 080319B,它刷新了肉眼所能看到天體距離的記錄:75億光年!而此前肉眼的極限則是本星系群成員之一的M33(三角星系、290萬光年),但即使如此您一樣看不到10M以外報紙上的字,也許標題都有點困難!

這是iso12233標準分辨率測試卡,當然拿來測試望遠鏡性能也可以!但一般不會這麼做,這個基本測試數碼光學產品的失真與極限分辨率,假如遠了看不清有幾個辦法,一個是走近了看,二呢就是加大數碼設備的口徑!

當然望遠鏡本身就是具有將距離縮短的效果,因為放大本身就相當於縮短距離,但卻不能無限制放大,第一倍數太大會導致畫面暗淡無法觀測,第二倍率超過主鏡分辨率極限再放大也沒用了!那麼有什麼辦法可以讓畫面變的明亮一些和增大主鏡的分辨率嗎?當然有,也非常簡單,就是最暴力的手段:加大口徑......

分辨率=1.22×波長/望遠鏡口徑

從這個公式我們可以瞭解到,肉眼能見的可見光波長是有一定範圍的,我們無法改變,唯一能改變的因素就是口徑,越大則分辨率越高,但口徑越大製造難度與成本也越高,並且地球上因為有大氣擾動因素干擾,往太空裡發射的望遠鏡口徑太大火箭的整流罩裡還放不下,比如詹姆斯韋伯空間望遠鏡的鏡片就一塊塊拼接起來的,原因就是其等效直徑遠遠超過了整流罩的大小,因此只能摺疊發射到空間後再展開....

上圖中間就是詹姆斯韋伯的主鏡就是由18面六邊形的主鏡拼接而成,而未來鋼鐵俠的BFR則能發射更大口徑的望遠鏡,就是右側大小的的主鏡!而最左邊的是哈勃!

但即使是拼接的口徑也不能無限加大,因為拼接存在一個精度控制問題,第二仍然會有一個成本問題,第三,摺疊的主鏡還是非常巨大,畢竟不是充氣設備,這是高精度光學設備......那下面我們計算下,假如要看到1光年之外天體上1M直徑的物體的話,需要大約超過580萬千米口徑的主鏡,計算公式如下:

望遠鏡口徑=1.22×波長×距離/極限分辨尺寸,波長各位可以根據喜歡自己取值哦,差不了多少的!

非常明顯這是不可能實現的,即使用鏡片摺疊或者多望遠鏡疊加都不可能,也不現實!但為什麼我們能看到如此遙遠的天體呢?比如75億光年外的伽瑪射線暴天體,應該早就低於肉眼分辨率極限了吧....這必須要了解下肉眼對於光子的感知,無論這個天體有多遠,有多小,只要有足夠多的光子到達我們的眼底感光細胞,我們就能感知它的存在,無論這個目標是多小,我們就認為它是一個我們肉眼分辨率極限下的“像素”!!而這個像素僅僅只能感知天體的存在,而不是分辨清楚目標的性質與結構等!!(據研究表明,視網膜細胞能感知單個光子,但大多數情況下視網膜細胞會預先處理,防止干擾信號傳送給大腦)!

肉眼視物光學結構示意圖!


星辰大海路上的種花家


你知道放大鏡的原理嗎。

並不是,望遠鏡可以看到遠距離的光影,而是光影就在我們身邊,其實望遠鏡就是一個特大號的放大鏡,他將光信號或者說光影放大到,肉眼可以觀測的大小。那麼也就是說,這個望遠鏡的解析度,就像我們的手機屏幕,它放大出來的光影,如果可以能夠足夠大的保真放大,那肯定可以看到。

我們能看到的有光學望遠鏡與射電望遠鏡。

光學望遠鏡,就是一些玻璃鏡面組成,放大組合。

射電望遠鏡,看起來就是個大號的衛星天線,

總之我覺得就是這麼一個邏輯思維。我們看到的天體,它的影子其實就在我們的空間長範圍內,所以我們才可以看到,望遠鏡就是個大號的放大鏡能夠把光影放大很多倍,能夠讓我們的眼睛看到,我想你的問題,或許未來人可以為您製造出一臺更高精度的望遠鏡。


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