网络上,有人盘点出了,哈勃太空望远镜拍摄的10张宇宙照片,各种美轮美奂的星系,至今都让人印象深刻。奇怪的是,这些星系少则距离地球几亿光年,多则距离地球百亿光年。既然这么远,太空望远镜为什么可以看到它们呢?
光在真空中的速度是30万公里/秒,1光年就是光跑1年的距离,约为9.46×10¹²公里。所以,130亿光年外的星系,说明它的光需要跑130亿年才能到达地球。
所以,太空望远镜看到的百亿光年外的星系,不是它们现在的样子,而是百亿年前的样子。因为光的传播需要时间,在宇宙的尺度上,这个时间能长达几十亿甚至上百亿年。
问题来了,为什么太空望远镜,可以看的这么远?
科学家研究发现,一些星系散发出来的光,在宇宙中跑了上百亿年,没有被星际尘埃完全吸收,也没有被其他天体挡住。而天文望远镜的作用,就是把这些微弱光线收集起来,再放大、分析。
当然了,要看到百亿光年外的星系,天文望远镜还需要具备两种能力,就是足够强的“聚光能力”,和足够高的“分辨能力”。
科学家说,聚光能力看的是望远镜镜片的“有效面积”,面积越大,能收集的光线越多。因为,遥远星系的光在传播中会扩散,到达地球时,每平方米的面积上,每秒只有几个光子。

而望远镜的镜片,就像一个超大的“瞳孔”。其中,哈勃望远镜的主镜口径是2.4米,有效面积约4.5平方米。而韦伯望远镜的主镜口径是6.5米,有效面积约25.4平方米。所以,韦伯的聚光面积是哈勃的5.6倍。
之前,哈勃望远镜拍“哈勃深空场”时,对着一片看似空无一物的天区,连续曝光了10天,才攒够足够的光,拍到了1200多个遥远星系。可是,韦伯望远镜拍“詹姆斯・韦伯深空场”,却只用了12.5小时,就拍到了比哈勃更多、更远的星系。
还有一种分辨能力,是指望远镜能分清两个靠得很近的天体的能力。如果分辨能力不够,遥远星系的光会变成一团模糊的光斑,分不清是一个星系还是多个星系。
分辨能力由“瑞利判据”决定,口径越大,能分辨的最小角度越小,分辨能力越强。哈勃望远镜的最小分辨角度约0.05角秒,相当于在1公里外,能分清两根相距0.025毫米的头发。
哈勃望远镜1990年4月发射时,差点成了“失败品”,因为刚上天就发现主镜有“球面像差”,拍的图像模糊不清,和地面望远镜没多大区别。当时,NASA承受了巨大压力,直到1993年,宇航员通过太空维修,给哈勃装上了“矫正镜片”,它才真正开始发光。
作为哈勃望远镜的“继承者”,韦伯望远镜的表现也非常突出。这台造价高达100亿美元的太空望远镜,相信在未来的时候,会给我们带来更多关于宇宙的奥秘。