光学仪器的力量

如果远处物体的图像被光学仪器放大100倍，那么这一物体与我们的距离看起来就像缩短了100倍一样。依照这一原理很容易得出一些轰动一时的结论——我们与天体的拉近距离应该与被天文仪器放大的天体表面大小相对应。然而，天文望远镜形成的图像并不会与直接观察到的天体完全一样，由仪器放大的图像会存在瑕疵，其主要原因在于光的衍射。对于光学元件，不管其本身多么完美，我们都必须考虑它所谓的分辨能力，即光学元件使图像分离成相邻两点的能力。我们不会像上物理课似的对这一原理进行大量解释，就简单做一下说明：一个光点呈现为一个小点，物镜或镜头越大越完美，该光点就显得越小。简而言之，假设图像是由许多清晰的小点聚集而成的，那么其中的一些点群就形成了图像的细节。如果我们使用分离能力不强的仪器来观测这一图像，就只能看到模糊的全貌，与每个点相对应的区域互相或多或少有所重叠。在这种相互模糊的情况下，细节消失不见了。反之，如果我们使用分离能力强的仪器，情况就截然不同了。让我们用一个简单的实验来解释：实验对象是两个紧紧相邻的光点。如果使用的物镜口径太小，无论焦面像被放大多少倍，这两个点依旧混在一起，而人在与所用放大倍数相对应的距离处用肉眼观察的话，则会看到两个明显分开的点。另外，如果这两点在给定的仪器下无法分离，那么则会在口径更大的仪器下分开。除此之外，辐射效应也放大了发光区域的轮廓。在摄影领域中，这一现象在感光层上横向扩散，进一步放大，每个人都能在某些区域格外明亮的底片上发现这一现象，这些明亮的区域仿佛侵占或是磨灭了附近较暗区域的细节。我们也可以在延长曝光时间的星空图像上清楚地观察到这一现象。为获取较暗星点的图像，我们需要延长星空图像的曝光时间，而这些星点中比较亮的一些就会被仪器记录下来。星点的图像就像一轮轮大直径的圆盘，但其体积并不会很大。

不同望远镜下火星同一面貌的不同图像。A图来自小天文仪器，放大倍数正常；B图来自放大A图，我们看到图像变得更大，但没有增加额外的细节；C图来自分离能力更强的仪器，放大倍数不变，所获得的图像更加完美。

所有这些对于望远镜的观察而言都至关重要，不管是视觉观察还是摄影观察。而无论这一阐述多么简单，这些原理在此处都足以满足我们对望远镜研究的综述。我们在前文谈到的它的某些局限性，就包括了绝对严谨地描绘通过理论上的放大（或接近）应被发现之物的可能性；由于距离遥远，某颗天体开始显现结构细节的最小尺寸与所使用的天文望远镜或望远镜的分离能力值精确对应。

在接下来的研究中，所涉及的仪器上的光学部件必然趋向完美。如果我们还记得上文关于早期望远镜的内容，就很容易理解到这一点：早期仪器由于种种缺陷（在使用者对许多事物仍一无所知时，这是无法避免的），它们的性能始终十分有限。

天文仪器的正常放大倍数对应的数值略大于用毫米表示的物镜或镜头的直径数值，但如果涉及特别明亮的天体，这一数字则会轻易增加到2倍甚至3倍大（特殊情况下）。因为对于一个给定尺寸的仪器而言，放大倍数越高，所观测到的图像亮度就越暗，这一点会大大降低对细节的分辨力，细节与细节之间的对比自然也不大明显。从理论上讲，根据上面的数据，我们认为，特大仪器可以提供将其他星球与我们之间的距离拉近2000倍或3000倍的视野，但很快我们将认识到，这一观测能力经常不能得到充分利用。我们现在不得不面对的障碍是人类中的天才都无法解决的：地球的大气层。天体的光线在抵达我们的视野之前必须穿过地球大气层。它就像一扇几乎纯净的玻璃窗，我们在玻璃后面观察天空，却没有打开窗户的能力。