哈勃望遠(yuǎn)鏡可以看到93億光年的星星，為啥看不清月球上一個(gè)人？

有人問(wèn)，現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡能看到月球上一個(gè)人嗎？我說(shuō)不能，如果能看到月球上的人，就能夠看到上世紀(jì)美國(guó)阿波羅登月任務(wù)留下的遺跡了，也就不會(huì)有許多關(guān)于老美登月是真是假是陰謀還是陽(yáng)謀的爭(zhēng)議了。

那么為什么望遠(yuǎn)鏡能夠看到93億光年的一顆星星，卻看不到這么近的月球上一個(gè)人呢？要知道月球距離我們平均只有38.4萬(wàn)千米，只是約93億光年的23億分之一，如果將一個(gè)1.6米的人放大23億倍的話，就有368萬(wàn)千米了，不要說(shuō)看見，壓都要把地球壓扁了。

即便按體積比例加大，一個(gè)1.6米正常體型的人，按人體BMI指數(shù)應(yīng)該在60千克左右，人體密度和水差不多，60千克水體積為0.06立方米，增加23億倍則為1.38億立方米，根據(jù)球體積公式倒算，1.38億立方米就是一個(gè)直徑約為641米的球。

這么大的球總能看到吧？也就是說(shuō)，哈勃望遠(yuǎn)鏡既然能看到93億光年的恒星，按理就應(yīng)該能看到月球上一個(gè)人，為什么看不到呢？我們一起來(lái)探討。

首先，說(shuō)說(shuō)哈勃望遠(yuǎn)鏡是如何看到93億光年那顆星星的哈勃望遠(yuǎn)鏡是迄今最牛的光學(xué)空間望遠(yuǎn)鏡，只有它才看到了這顆距離我們93億光年的恒星，事實(shí)上，哈勃望遠(yuǎn)鏡看得最遠(yuǎn)的天體是距離我們133.9億光年的GN-z11星系。由于星系很龐大，今天就不作為例子來(lái)說(shuō)了。

其實(shí)，哈勃望遠(yuǎn)鏡看到這顆遙遠(yuǎn)距離的星星，并非直接觀測(cè)到，而是機(jī)緣巧合。這是一顆巨大的超藍(lán)巨星，是迄今為止人類看到的最遠(yuǎn)恒星。之所以能看到它，是因?yàn)樵谌祟愐暰€與這顆恒星之間，正好有一個(gè)巨大星系團(tuán)夾在中間充當(dāng)了引力透鏡，放大了這顆恒星的成像。

這顆恒星編號(hào)為MACS J1149 + 2223 Lensed Star 1。其中的MACS J1149 + 2223，就是充當(dāng)引力透鏡的巨大星系團(tuán)編號(hào)；而Lensed則代表這顆恒星是通過(guò)引力透鏡發(fā)現(xiàn)的；Star 1表示此恒星是依靠引力透鏡發(fā)現(xiàn)的第一顆恒星。

科學(xué)家們把這顆恒星取了一個(gè)昵稱叫“伊卡洛斯”。這是一個(gè)希臘神話里的悲劇人物，為什么以這樣一個(gè)悲劇性人物命名，不得而知。有興趣的朋友可以查閱資料，這里就不解釋了。

所謂引力透鏡是愛因斯坦廣義相對(duì)論的一個(gè)預(yù)言，愛翁認(rèn)為，光線在重力場(chǎng)附近經(jīng)過(guò)時(shí)，會(huì)像通過(guò)透鏡一樣產(chǎn)生彎曲，并將背景天體成像放大，從而讓人類觀測(cè)到更遠(yuǎn)或透鏡后面的天體。這個(gè)預(yù)言早就被天文觀測(cè)所證實(shí)，并在研究暗物質(zhì)、暗能量、大尺度上的引力和宇宙觀測(cè)等天文物理領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

宇宙中，具有巨型黑洞的星系、星系團(tuán)，暗物質(zhì)團(tuán)都有可能產(chǎn)生引力透鏡效應(yīng)，它們夾在遙遠(yuǎn)天體與人類視線之間，讓身后的天體產(chǎn)生放大效應(yīng)。MACS J1149 + 2223星系團(tuán)距離我們約50億光年，正好是夾在“伊卡洛斯”與我們的視線之間。

一般的引力透鏡只能放大后面鏡像50倍，這個(gè)巨大的引力透鏡將“伊卡洛斯”放大了2000倍！由此科學(xué)家們才得以看到這顆恒星。沒有這個(gè)巨大的引力透鏡，哈勃望遠(yuǎn)鏡再牛也是不可能看到這顆恒星的。

按拉近2000倍計(jì)算，哈勃望遠(yuǎn)鏡看到的這顆恒星就像在465萬(wàn)年的距離。如果排除引力透鏡效應(yīng)，即使像哈勃望遠(yuǎn)鏡這就大?？臻g望遠(yuǎn)鏡，看到單顆恒星的能力也差不多只能在這個(gè)距離了。

這顆恒星是在宇宙大爆炸后45億年，在距離我們93億光年的地方發(fā)出光線的。由于宇宙在膨脹，這顆恒星現(xiàn)在與我們的距離已經(jīng)有280億光年了。按照恒星演化規(guī)律，像這么巨大的恒星壽命不會(huì)超過(guò)1000萬(wàn)年,因此，它應(yīng)該早就消亡了，我們看到的并非它現(xiàn)在的樣子，只是它93億年前的樣子。

再好的望遠(yuǎn)鏡看到的恒星都基本是一個(gè)亮點(diǎn)?？茖W(xué)家用望遠(yuǎn)鏡看到的絕大多數(shù)恒星，都無(wú)法看清其本來(lái)面目，都只能看到一個(gè)亮點(diǎn)，包括距離最近的恒星比鄰星，只有4.22光年，也只能看到一個(gè)亮點(diǎn)。這是因?yàn)楹阈堑捏w積與距離之比太大了，即便通過(guò)再好的望遠(yuǎn)鏡，到達(dá)我們眼中也無(wú)法達(dá)到最小分辨率。

只有太陽(yáng)和參宿四等極少恒星可以看到一點(diǎn)模模糊糊的圓面，這是因?yàn)檫@幾顆恒星太近或太大而已。參宿四之所以能夠看到一個(gè)模糊的圓面，是因?yàn)槠潴w積是太陽(yáng)的7億多倍，亮度也很大，是太陽(yáng)的9到15萬(wàn)倍，且距離不算太遠(yuǎn)。

因此，即便最大的望遠(yuǎn)鏡，我們看到的恒星基本都不是恒星表面的樣子，只是看到它們發(fā)出來(lái)的光。因?yàn)槿搜凼歉泄獾?，只要有幾個(gè)光子到達(dá)人的視網(wǎng)膜，就能夠看到光亮，但不一定能夠看清這個(gè)發(fā)光物體的樣子。

比如一只螢火蟲距離我們100米，即使是白天，人眼也無(wú)法看到；但它晚上發(fā)出閃光，人們?cè)诤苓h(yuǎn)就能夠發(fā)現(xiàn)，但這并不等于看清了螢火蟲的樣子。觀察恒星也是這樣，看到的只是恒星發(fā)出的光，而不是恒星的樣子。

這是因?yàn)槿搜劭次矬w必須有一個(gè)最小分辨角，就是物體到達(dá)視網(wǎng)膜必須在最小分辨角以上，否則就無(wú)法區(qū)分。人眼的分辨角在正常亮度下，一般為1′（1角分），就是到達(dá)視網(wǎng)膜的角度至少有1′左右，才能夠分辨出這個(gè)物體來(lái)。

望遠(yuǎn)鏡也有一個(gè)最小分辨角，其分辨能力應(yīng)符合瑞利判據(jù)公式：θ0＝1.22λ/D，即最小分辨角θ0等于1.22乘以光的波長(zhǎng)λ除以望遠(yuǎn)鏡的口徑D。也就是說(shuō)，口徑越大的望遠(yuǎn)鏡，分辨率就越高，看得就越遠(yuǎn)。

而光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的口徑越大意味著透鏡越大，就越難做，因?yàn)樵酱蟮耐哥R越難控制形變，因此望遠(yuǎn)鏡的最小分辨率是有極限的。哈勃望遠(yuǎn)鏡主鏡直徑為2.4米，可見光的波長(zhǎng)在380~760nm之間，我們?nèi)∫粋€(gè)中間值為570nm，也就是5.7*10^-7m。

將這些數(shù)據(jù)代入上述公式計(jì)算，哈勃望遠(yuǎn)鏡的最小分辨率約為2.9*10^-7rad（弧度），1弧度約為206264.8角秒，因此哈勃望遠(yuǎn)鏡的分辨率約為0.059角秒。

這樣，月球上多大物體才能被哈勃望遠(yuǎn)鏡分辨呢？月球與地球的平均距離為34.8萬(wàn)千米，用哈勃望遠(yuǎn)鏡的最小分辨率2.9*10^-7rad乘以距離38.4萬(wàn)千米，得到能看到最小物體直徑或長(zhǎng)度需要達(dá)到111.36米。因此，1個(gè)1.6米的人即便躺在月球上，到達(dá)哈勃望遠(yuǎn)鏡視界里也只有0.00085角秒，是根本無(wú)法分辨的。

而且在月球?qū)χ厍虻囊幻妫粋€(gè)人站在那里只有頭肩部這么大范圍對(duì)著地球，就更無(wú)法看到了。那么要多大口徑的望遠(yuǎn)鏡才能夠看到月球上一個(gè)躺著的人呢？如果觀測(cè)570nm波段的光，根據(jù)公式反算至少主鏡口徑要達(dá)到167米以上。

要做出這么巨大的光學(xué)鏡片且不變形，目前人類還沒有這個(gè)能力。而那些巨大的射電和射線望遠(yuǎn)鏡，雖然口徑很大，但只能觀察射電或射線源，無(wú)法觀測(cè)一個(gè)普通人。

不知道我說(shuō)明白了沒有？歡迎討論，感謝閱讀。

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