在1億光年外,看到地球上的恐龍需要多大的天文望遠鏡?

2020-12-15 火星科普

在地球上,通過肉眼,我們能看到數千光年外的恆星,甚至還能看到數百萬光年外的河外星系。而如果藉助聚光能力十分強大的大口徑天文望遠鏡,我們可以看到極為遙遠的宇宙,例如,光行距離達到134億光年的星系GN-z11。

光從遙遠的宇宙傳播過來需要很長的時間,因為光的速度不是無限快,100億光年外的天體發出的光需要走100億年才能到達地球(不考慮宇宙膨脹)。正因為如此,如果我們看到了遙遠的宇宙,也意味著我們看到了早期的宇宙。

看得越遠,回溯的時間越早。例如,GN-z11星系發出的光用了134億年的時間才傳播到地球上,所以我們看到的是134億年前的宇宙。如果一直看到宇宙的盡頭,時間將會回溯到原點:138億年前的宇宙大爆炸。不過,最早的宇宙是不透光的,我們最多只能通過電磁波手段看到時間開端38萬年後的宇宙。

既然我們可以看到遙遠宇宙中的星系,那麼,如果遙遠宇宙中存在外星文明,他們也能看到我們的銀河系。對於外星文明而言,銀河系發出的光需要漫長的時間才能到達那裡,他們將會看到銀河系的過去。

既然如此,1億光年外的外星文明能夠看到地球上的恐龍嗎?

理論上可以。恐龍生活在距今2.3億至6500萬年前,1億年前的白堊紀中期,恐龍十分繁盛,它們主宰著當時的地球。在1億年前,太陽光照射到恐龍身上,這些光會被反射到太空中,它們會一直在太空中以光速傳播。在1億年之後的現在,這些光到達距離地球1億光年外的地方,外星文明接收到這些光就能看到1億年前地球上的恐龍。

然而,要在1億光年外看到地球上的恐龍絕非易事。因為恐龍非常小,它們反射出去的光傳播到1億光年之外時,強度將會下降到極其微弱的程度。只有通過巨大的天文望遠鏡把這些光聚集起來,才有可能分辨出遙遠地球上的恐龍。那麼,需要多大的天文望遠鏡呢?

天文望遠鏡的口徑越大,解析度也越高,就能看到越小的東西。理論上,天文望遠鏡的極限分辨角Δφ與其口徑D的關係如下:

其中λ為天文望遠鏡接收到的光的波長。

再根據三角函數關係:

其中R為恐龍體長的一半,d為距離(1億光年)。

結合上述兩式,可以得到天文望遠鏡的口徑公式為:

如果波長取值為500納米,恐龍體長的一半為20米(已知體型最長的恐龍為阿根廷龍,體長可達40米),由此可以算出天文望遠鏡的直徑可達2520億公裡,相當於日地距離的1685倍,或者9.7光天。只有這樣,才能在1億光年外分辨出地球上的恐龍。

但即便使用如此之大的天文望遠鏡,外星文明也不能看清恐龍的細節。為了提高解析度,只能成倍加大天文望遠鏡,只有讓天文望遠鏡的直徑達到光年級別,才有可能看清地球上恐龍的樣子。

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