光學儀器的力量

如果遠處物體的圖像被光學儀器放大100倍，那么這一物體與我們的距離看起來就像縮短了100倍一樣。依照這一原理很容易得出一些轟動一時的結論——我們與天體的拉近距離應該與被天文儀器放大的天體表面大小相對應。然而，天文望遠鏡形成的圖像并不會與直接觀察到的天體完全一樣，由儀器放大的圖像會存在瑕疵，其主要原因在于光的衍射。對于光學元件，不管其本身多么完美，我們都必須考慮它所謂的分辨能力，即光學元件使圖像分離成相鄰兩點的能力。我們不會像上物理課似的對這一原理進行大量解釋，就簡單做一下說明：一個光點呈現為一個小點，物鏡或鏡頭越大越完美，該光點就顯得越小。簡而言之，假設圖像是由許多清晰的小點聚集而成的，那么其中的一些點群就形成了圖像的細節。如果我們使用分離能力不強的儀器來觀測這一圖像，就只能看到模糊的全貌，與每個點相對應的區域互相或多或少有所重疊。在這種相互模糊的情況下，細節消失不見了。反之，如果我們使用分離能力強的儀器，情況就截然不同了。讓我們用一個簡單的實驗來解釋：實驗對象是兩個緊緊相鄰的光點。如果使用的物鏡口徑太小，無論焦面像被放大多少倍，這兩個點依舊混在一起，而人在與所用放大倍數相對應的距離處用肉眼觀察的話，則會看到兩個明顯分開的點。另外，如果這兩點在給定的儀器下無法分離，那么則會在口徑更大的儀器下分開。除此之外，輻射效應也放大了發光區域的輪廓。在攝影領域中，這一現象在感光層上橫向擴散，進一步放大，每個人都能在某些區域格外明亮的底片上發現這一現象，這些明亮的區域仿佛侵占或是磨滅了附近較暗區域的細節。我們也可以在延長曝光時間的星空圖像上清楚地觀察到這一現象。為獲取較暗星點的圖像，我們需要延長星空圖像的曝光時間，而這些星點中比較亮的一些就會被儀器記錄下來。星點的圖像就像一輪輪大直徑的圓盤，但其體積并不會很大。

不同望遠鏡下火星同一面貌的不同圖像。A圖來自小天文儀器，放大倍數正常；B圖來自放大A圖，我們看到圖像變得更大，但沒有增加額外的細節；C圖來自分離能力更強的儀器，放大倍數不變，所獲得的圖像更加完美。

所有這些對于望遠鏡的觀察而言都至關重要，不管是視覺觀察還是攝影觀察。而無論這一闡述多么簡單，這些原理在此處都足以滿足我們對望遠鏡研究的綜述。我們在前文談到的它的某些局限性，就包括了絕對嚴謹地描繪通過理論上的放大（或接近）應被發現之物的可能性；由于距離遙遠，某顆天體開始顯現結構細節的最小尺寸與所使用的天文望遠鏡或望遠鏡的分離能力值精確對應。

在接下來的研究中，所涉及的儀器上的光學部件必然趨向完美。如果我們還記得上文關于早期望遠鏡的內容，就很容易理解到這一點：早期儀器由于種種缺陷（在使用者對許多事物仍一無所知時，這是無法避免的），它們的性能始終十分有限。

天文儀器的正常放大倍數對應的數值略大于用毫米表示的物鏡或鏡頭的直徑數值，但如果涉及特別明亮的天體，這一數字則會輕易增加到2倍甚至3倍大（特殊情況下）。因為對于一個給定尺寸的儀器而言，放大倍數越高，所觀測到的圖像亮度就越暗，這一點會大大降低對細節的分辨力，細節與細節之間的對比自然也不大明顯。從理論上講，根據上面的數據，我們認為，特大儀器可以提供將其他星球與我們之間的距離拉近2000倍或3000倍的視野，但很快我們將認識到，這一觀測能力經常不能得到充分利用。我們現在不得不面對的障礙是人類中的天才都無法解決的：地球的大氣層。天體的光線在抵達我們的視野之前必須穿過地球大氣層。它就像一扇幾乎純凈的玻璃窗，我們在玻璃后面觀察天空，卻沒有打開窗戶的能力。