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能看到上百亿光年外的星系,却拍不清月球上的阿波罗:哈勃的「近视」是道数学题,不是阴谋论

源自165位全网作者

10:00

最近,B站上一条转载的太空科普视频,又把一个老问题翻了出来:人类能拍摄到百亿光年外的星系,却似乎无法用望远镜看清月球上的阿波罗11号着陆点。哔哩哔哩这事乍看极其反直觉:星系远得没边,月球就在家门口,怎么反而拍得清远的、拍不清近的?

评论区甚至有人给出了一套听起来像模像样的解释:因为1000光年/100亿光年>1米/38万公里(3亿8000万米),1000光年对于看星系绰绰有余。哔哩哔哩这种拿距离除以距离的算法,在数学上没有任何意义,却真的说服了不少人。

这类误解传得越广,越值得说清楚:哈勃的「近视」是一道数学题,而且是一道一个公式就能算明白的题。算完之后,你还能把它当谈资讲给别人听。

一、望远镜看的不是距离,是角度

很多人直觉上认为,望远镜应该对近处的东西看得更清楚,实际恰恰相反:望远镜能不能拍清一个天体,核心指标不是它离我们有多远,而是它在天空中“张开了多大的角度”,也就是天文学家说的“视角”大小。知乎这叫衍射极限:口径固定的望远镜,能分辨的最小角细节是固定的,大约等于1.22倍波长除以口径。

哈勃的主镜口径2.4米,分辨率极限约0.05角秒,无论拍什么,远的近的,都是同一套角精度。把这个角度对准38万公里外的月球,一个分辨单元大约对应月面上100米,也就是说,哈勃拍月球,一张照片里能承载的细节,一格就是100米见方。而阿波罗登月舱的着陆级,包括着陆支架,最宽处约为9.5米。知乎9.5米,放进一个「100米一格」的世界里,连一个像素都占不满。答案就这么简单:不是谁故意藏着掖着,是哈勃真的看不见——相当于要求一台100米分辨率的航拍相机,去拍清地上的一个井盖。

二、那为什么百亿光年外的星系拍得清

理解了角度,反直觉就变成了直觉。仙女座星系距离地球约250万光年。知乎但它的盘面宽约20万光年,在天空中张开的角度约有3度,比满月看起来还要大。知乎哈勃对准它,拍的不是一个「点」,而是一片横跨好几个满月面积的发光盘面,堆够曝光,细节自然丰富。

能看到上百亿光年外的星系,却拍不清月球上的阿波罗:哈勃的「近视」是道数学题,不是阴谋论

比它更大的,像「星系之王」UGC 2885这类巨型旋涡星系,本体能有银河系的两三倍大,哪怕远在数亿光年外,照样拍得清清楚楚。反过来,著名的哈勃深场里那些星系,其实也只是几个像素的光点——「拍得到」不等于「拍清表面」,只是能分辨出它们存在。

冥王星就是那个悲剧对照组。它的直径只有约2377公里,虽然在太阳系内,但它在天空中张开的角度只有约0.06角秒。而哈勃的分辨率极限大约是0.05角秒——冥王星几乎刚好卡在这条线上,自然只能拍出几个模糊的像素。知乎

能看到上百亿光年外的星系,却拍不清月球上的阿波罗:哈勃的「近视」是道数学题,不是阴谋论

所以NASA才会专门发射新视野号探测器,飞行九年半、穿越几十亿公里,只为到冥王星身边拍一张近照。2015年7月新视野号掠飞冥王星时,拍到的是我们今天熟悉的这个样子:

能看到上百亿光年外的星系,却拍不清月球上的阿波罗:哈勃的「近视」是道数学题,不是阴谋论

一句话总结:望远镜看的是角度,不是距离。一个遥远但巨大的天体,完全可以比一个近在咫尺的小天体,在天空中占更大的地方。

三、那到底谁拍到了阿波罗遗迹

哈勃拍不了,谁能?答案是环月轨道器——飞到距离月面几十公里的地方,角度直接变成绝对优势。最出名的就是大家熟知的月球勘测轨道器LRO,它就在约50公里的高度拍摄。自2009年发射以来,LRO至今仍然是月表最高分辨率影像的主要来源,特别是它携带的NAC(Narrow Angle Camera 窄角相机),在约50公里轨道高度能达到0.5米/像素这个级别。知乎0.5米一格,下降级、阴影,乃至宇航员足迹和月球车轨迹的轮廓,都能认出来。

不止美国:印度的月船二号轨道器,也用高分辨率相机拍到过阿波罗11号遗迹。小红书阿波罗载人登月的铁证,就是现代轨道器在月面拍摄到的、由历次阿波罗任务制造的「月面扰动」痕迹。知乎着陆坐标是1969年发射前就对外公布的,几十年后多国轨道器拍到的痕迹与当年的记录能逐点对上,这种交叉验证,阴谋论解释不了。

能看到上百亿光年外的星系,却拍不清月球上的阿波罗:哈勃的「近视」是道数学题,不是阴谋论

中国的嫦娥二号也常被提起,但这里要澄清一个最常见的误会——「拍到」不等于「看清」:它的CCD相机拍的是7米分辨率的全月影像,任何小于7米的物体,在这张图上最多只能占据一个像素。知乎9.5米的下降级,在全月图上就是1到2个亮度异常的像素点——「拍到」是真的,「看清」谈不上。

那哈勃为什么不能回头看看地球?NASA对此早有过明确表态:哈勃不能用于观测地球。知乎它的轨道速度极快,镜头下的地面每秒掠过约8公里,拍出来的地面会被拉成几十米长的模糊条纹,还要穿过整个大气层,明亮的地球光甚至可能烧坏它灵敏的探测器——这台望远镜从设计上就是对着深空去的。

其实「往下看」的设备,早就用同款口径证明过这件事:从1976年12月开始,美国发射的KH-11侦察卫星,主镜据信直径也是2.4米,和哈勃的主镜尺寸完全一样。知乎它们在低轨道盯着地球,能做到厘米级分辨率。也就是说,2.4米口径对月球「不够用」,是物理账,不是态度问题。

四、带走这三句谈资

  1. 哈勃拍不清阿波罗,是因为它拍不了小东西:0.05角秒的分辨率极限,对准月球约等于100米一格,9.5米的下降级连一个像素都占不满。

  2. 百亿光年外的星系拍得清,是因为它们大:仙女座在天上张开约3度,比满月还大;哈勃深场里的星系,其实只是几个像素。

  3. 验证登月不用靠阴谋论或信仰:美国LRO、印度月船二号等轨道器都拍到过遗迹,发射前公布的坐标与多国轨道器的痕迹能逐点互认。

最后附赠一条延伸谈资:2012年美国国家侦察局曾向NASA捐赠过两套备用的2.4米主镜望远镜组件,其中一台正在被改造成南希·格雷丝·罗曼空间望远镜。知乎NASA已宣布它将于今年9月发射,这台「哈勃级」大口径巡天望远镜,值得盯一下。哔哩哔哩

如果你真的想亲眼看看阿波罗着陆点,别指望望远镜——买什么口径的望远镜都看不到着陆点。去搜LRO的公开高清图,下降级、阴影和月球车轨迹都清清楚楚,比对着天空瞎找过瘾多了。

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