首先祝贺嫦娥4号探测器完成了里程碑式的壮举-在月球背面实现了软着陆。那么嫦娥4号在地球上能看到吗?

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 ▲图片来源:百度图片 ▲

答案当然是否定的。因为嫦娥4号在月球背面,而月球只有一面朝着地球,背面永远是背对着地球的。

那又有一个新的问题,就是如果嫦娥4号在月球正面着陆,我们能看到吗?

这个问题就非常值得好好探讨一下了。

首先,通过望远镜,你到底能看清多少细节?这取决于望远镜的分辨率。

 ▲图片来源:百度图片 ▲

而望远镜的分辨率取决于望远镜的口径,也就是主镜(对于反射望远镜而言)或者物镜(对于折射望远镜而言)的有效直径。一般来说,望远镜的衍射分辨率是1.22λ/D(角秒),λ是入射光的波长,D是望远镜的口径。也就是说,望远镜口径越大,望远镜的空间分辨率就越高。所以天文爱好者,也在不断追求更大口径的望远镜。

▲墨西哥爱好者Mike和他的18寸(460MM)望远镜▲

通过公式计算的确是很清楚能算出望远镜的分辨率,但不够形象,在这里我们更倾向于用直观的照片来反映一下口径大小对照片细节的影响。

先看看月球,测试的基准目标在这里:

肉眼可见的月球:

肉眼

双桶望远镜下的月球:

 

70MM折射望远镜+ASI1600MM Pro相机拍摄的哥白尼环形山

70mm望远镜光学极限分辨率1.69角秒

 ▲拍摄者:月亮王子 ▲

127副本

127MM折射望远镜+ASI1600MM Pro相机拍摄的哥白尼环形山

127mm望远镜光学极限分辨率0.93角秒

 ▲拍摄者:月亮王子 ▲

200副本

200MM折反射望远镜+ASI120MM相机拍摄的哥白尼环形山

200mm望远镜光学极限分辨率0.59角秒

▲拍摄者:月亮王子▲

280副本

280MM折反射望远镜+ASI1600MM Pro相机拍摄的哥白尼环形山

280mm望远镜光学极限分辨率0.42角秒

▲拍摄者:月亮王子▲

355MM折反射望远镜+ASI120MM相机拍摄的哥白尼环形山

355mm望远镜光学极限分辨率0.34角秒

▲拍摄者:D. Peach▲

460副本

460MM反射望远镜+ASI120MM拍摄的哥白尼环形山

460mm望远镜光学极限分辨率0.256角秒

▲拍摄者:Mike▲

可以明显的看到,随着望远镜口径的增加,光学分辨率也不断提升,所能够拍到的细节越来越多。这就是为什么我们要制造和使用更大口径的天文望远镜。

我们回到最初的问题,望远镜能拍到月球上的探测器吗?

理论上,只要建造足够大口径的望远镜,是可以观测到的。但得多大?我们可以算一算上面那张图中460MM口径望远镜理论分辨率是0.26角秒。

月球的直径是3476公里,从地球上看过去平均视直径按照0.5度来计算:

首先换算月球的视直径为角秒: 0.5 x 3600 = 1800角秒

然后获得一个参考单位,就是1角秒的宽度相当于月球上多少公里的宽度,用月球的实际直径除一下视直径: 3476 / 1800 = 1.93公里/角秒。也就是说,1角秒的宽度,相当于月球上1.93公里。

460mm望远镜的分辨率是0.26角秒,那么也就是说能够看到月球上

0.26角秒X 1.93公里/角秒 =0.5公里=500米

也就是说,460mm望远镜最多分辨出月球上直径达到500米的东西。这就是它的极限了。

假设月球的探测器直径是5米,那么就需要100倍口径的望远镜,也就是得46米的望远镜。理论上才可以勉强看到。

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▲目前正在规划建造的欧洲超大望远镜,主镜的口径就将达到39.3米▲

如果想看清楚一些,要求提升到分辨出1米大小的物体,那就需要差不多230米口径的望远镜才可以。

最后再说一句,即便是我们能造出这么大的望远镜,在地球上由于大气层造成的空气湍流和抖动,几乎很难分辨小于0.2角秒的东西,哪怕是安装了主动光学系统,也还是达不到超大口径望远镜的极限分辨本领。

而发射空间望远镜成本太高,韦伯6.5米口径就已经让NASA吃不消。

所以,目前最可行的办法就是发射探测器近距离绕拍月球,就像嫦娥二号,获得了7米解析力的月球全图。NASA的LROC轨道飞行器也拍摄到了当年的阿波罗登月痕迹。

▲LROC拍摄的哥白尼环形山▲

▲LROC环月飞行拍摄的阿波罗17号登月地点▲

登月照片

▲阿波罗17号▲

绕月拍摄还有一大好处,就是可以拍摄月球背面,在地球上永远看不到的最为神秘的那一面。嫦娥四号在月球背面着陆也是为了进一步揭开月球背面的面纱。

 

天文

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