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於1990年飛上太空的哈勃太空望遠鏡已經繞著地球飛了將近30年。由於遠離地球大氣的幹擾,哈勃捕捉到了一系列令人嘆為觀止的宇宙景象,讓我們窺探到了深邃的宇宙。
哈勃觀測到了宇宙「邊緣」的星系,那些遙遠星系發出的光到達地球時已經非常微弱,亮度只有人眼所能看到的100億分之一。哈勃發現的最遠星系是134億光年外的GN-z11(目前固有距離320億光年),這幾乎是哈勃所能觀測到的最遠極限,也接近了所能觀測到的宇宙極限。

然而,儘管哈勃擁有無與倫比的觀測能力,但它卻無法看清太陽系中的遙遠天體,例如,這是哈勃眼中的冥王星:
哈勃無法看清冥王星表面的任何細節,冥王星在哈勃眼中只是幾個像素點。直到新地平線號探測器在2015年飛掠冥王星時,我們才真正首次看清了冥王星的表面:
雖然海王星比冥王星更靠近地球,而且尺寸也要大得多,但哈勃看到的海王星和旅行者2號看到的海王星相差非常大:
既然哈勃有能力觀測到134億光年外的星系,那麼,為什麼無法看清太陽系中的天體呢?
與遙遠的河外星系相比,太陽系中的天體確實近在咫尺,海王星與地球的距離大約為43.5億公裡,相當於4光時(光在真空中前進4小時的距離),冥王星的最遠距離也只有7光時,這與134億光年相比天差地別。然而,距離更近不一定更容易看到以及看清楚,天體自身的大小是另一個決定因素。
天體看起來有多大,與其距離和自身大小兩個因素有關。月球看起來很大,是因為它離地球非常近。而夜空中的恆星看起來遠小於月球,是因為它們離地球非常遙遠,那些恆星其實大都比太陽還要大。這就好比我們看不到100米外的一隻螞蟻,因為螞蟻本身太小了。為了描述天體看起來有多大,需要引入視直徑的概念,如下圖所示:
對於一個光學系統,都存在角解析度極限,這個極限取決於通光口徑。通光口徑越大,光學系統的角解析度越高,能夠分辨出越小的天體。
一旦天體的視直徑太小,細節將無法分辨出來,看起來只是一個點。人的肉眼只能分辨出視直徑大於1角分的物體,土星、木星的視直徑都太小,人眼看不出細節,土星和木星看起來都是亮點。如果通過口徑150毫米的天文望遠鏡,將會看到木星的條紋和大紅斑,以及土星光環。
哈勃的口徑為2.4米,但它的解析度還不夠高,不足以分辨出冥王星的細節,因為冥王星的視直徑太小了。儘管冥王星在太陽系中,但它的實際直徑還不到2400公裡,視直徑非常小。同樣地,太陽系外的一些行星尺寸非常龐大,甚至超過了木星,但哈勃也是無法看清它們。
另一方面,雖然河外星系非常遙遠,但它們的直徑動輒數萬光年,所以視直徑並不小。只要通過長時間曝光來收集到遙遠星系的光,哈勃完全可以看到上百億光年外的星系。