利用望远镜,天文学家动不动就能看见一百多亿年前的宇宙。既然如此,用这个技术,我们能不能飞到宇宙深处,回望地球,看到恐龙呢?
天文学上有一个概念,叫光年,指的是光在1年的时间里走过的距离,算下来大约是9.46万亿公里。按照这个概念,我们看到的天体距离我们多远,就意味着光要花多久的时间传播到地球,呈现在我们眼中的,就是它多少年前的模样。
比邻星距离我们4.22光年,意味着我们看到的光是它在4.22年前发出来的。
银河系中心距离我们2.6万光年,2.6万年前这里发出的光,今天才传播到地球。
所以按照这么算,天文学家发现的135亿光年以外的星系,其实是来自135亿年前的光,彼时宇宙的年龄也才只有差不多3亿岁。通过望远镜,人类可以穿越时间,看到遥远的历史。
既然如此,如果我们在足够远的地方,利用强大的望远镜看地球,也能会看到地球的历史。离得越远,看到的历史就越早。甚至,咱们再大胆一点,如果飞到6600万光年之外,利用足够先进的望远镜,甚至有机会看到恐龙!
真的是这样吗?
理论上,这确实没问题。
实际上,离得越远,对望远镜的要求也就越高。
不说别的,先看看最近的恒星比邻星,以人类目前的科技水平,呈现出来的最高清的图片,也就是这样的——
一点细节也看不到。
还有参宿四,虽然半径比较大接近太阳的1000倍,更容易被观测。但由于距离我们比较远,在六七百光年外,所以也很难被看清,当今世界顶尖的甚大望远镜,拍摄出来的效果也不过如此。
连巨大的恒星,距离这么近,都无法看清,更别提6600万光年外看恐龙了。
不过话说回来,你要是非从理论上计算,那还是有可行性的。接下来,咱们就看看,到底需要多么强大的望远镜,才能实现这个目标。
望远镜能不能看清一个物体,决定于一个重要的参数——分辨率。举个简单的例子,一个人在比较远的地方,即使张开手掌,你也无法分辨他的五根手指。但如果离你足够近,或者你用足够强的望远镜,那么不仅可以看清每一根手指头,甚至可能看得清一根根的头发。
简单来说,就是一个物体的两端,和你的视线形成的夹角,需要达到一定的水平,你才有可能看清它的形状。如果达不到某个临界值,那么它在你眼中呈现出来的,就只有一个像素点。
这个角,就叫最小分辨角。
计算最小分辨角,需要借助的一个概念,就叫瑞利判据,公式为:θ≈1.22λ/D。
其中,θ就是最小分辨角,λ是光线的波长,D就是望远镜的尺寸了。
而这个角度,还有另一种方式计算——只要我们知道三角形的三个边,就能知道三个角的角度。望远镜的位置是一个顶点,观测的物体的直径就是三角形的底边,构成了一个等腰三角形。由于距离非常远,三角形的高——也就是望远镜和地球的距离,近似等于两个斜边的长度,利用三角函数就可以计算顶角的角度,也就是这个θ了。
最小分辨角θ求出来之后,只要知道光线的波长,就可以计算望远镜所需的尺寸了。可见光的波长范围通常为380-750纳米,我们可以折中取500纳米。
这么一来,望远镜的口径也就能算出来了。
只不过,这个结果,叫人有点绝望。
在6600万光年外,即便想要把地球分辨成不只是一个像素点,望远镜的口径也要达到差不多3000万公里!
没错,这里有个“万”字,3000万公里相当于日地距离的1/5,或者说足以放下两千多颗地球!
这还是地球,换成恐龙,那就更加惊人了。
目前,人类还不确定哪种恐龙最大,不过目前相对有科学依据,网络上也流传比较广的,是易碎双腔龙,据估计最大体长可达58米。
那么,把D=58米代入公式,会得到怎样的结果呢?
答案是——望远镜的口径需要达到约6.6万亿公里——这次多了一个“亿”字。换算一下,差不多是0.7光年。而咱们太阳系的半径,也就只有1光年左右,算下来整个太阳系也就只能放下差不多3台这样的望远镜……
这样的天文数字,已经告诉你,我们的认知中不支持这样的任务实现。
第一,咱们连1光年都还飞不出去,更别提6600万光年了。
第二,如何打造出巨量的材料,运送到这么远?
第三,大口径望远镜本来就是个尖端技术。在数万亿公里的尺度上,达到完美的平整度,实现对焦,更是无法想象。
即便技术达到了,还有一个问题:能分辨出来,不代表能看得清。
什么意思呢?
比如你抬头看夜空,比邻星和宇宙最大的黑洞TON 618的视觉距离非常远,不需要很高的分辨率,也不会把二者混淆。
但这没什么意义,因为它们根本就是肉眼看不见的,只有借助望远镜才能看见。只有足够大的望远镜,才能把它们发出的光收集得足够多,从而看见。
在6600万光年外,想要收集这么多来自地球的光,也是几乎不可能的。再加上望远镜越大,收集其他天体的光子也更多,干扰对恐龙的观测。别的不说,仅仅是太阳的光芒,就足以把地球的光淹没。
所以,在人类的认知范围内,利用6600万光年外的望远镜看见地球上的恐龙,还是不可能实现的。
要不然,还是考虑一下穿越时间的方案吧?