看《星你》学天文，都敏俊的望远镜有多牛

最近受朋友推荐，看热播韩剧《来自星星的你》。周三新出的第16集里有段关于天文的剧情。作为天文爱好者，我把它提取出来分析分析。

这段剧情是这样，千颂伊的弟弟千允才，因不满姐姐夜不归宿，气势汹汹来到叫兽家里兴师问罪，却被叫兽的天文望远镜和学识所震撼，折服在其气场之下。

先来看剧照回顾：
允才看到了叫兽的望远镜：

注意看镜口的镜片，黑魆魆的


注意：允才问的这句话：这能观测多远？
朋友们，要记好：这句话虽然听起来很顺理成章，但是却是一句外行话。
与此类似的还有一句：“这能放大多少倍？”
以后想跟人打听望远镜，这两句都不要问，一问，就暴露出自己是外行（具体后文有解释）。


果然，叫兽无语了，可能是觉得这个问题一两句话纠正不过来，翻着白眼随口回答：能看到木星和土星。


一转身，看到那边还有一台望远镜，赶紧扑了过去。


这回叫兽不再给他机会提傻问题了，抢先一步介绍：极限星等13.28，聚光力816倍


这个参数的望远镜用来看仙女星云好像有点大材小用，不过可能是它的名气大。如果换成说NGC2237星云之类的，不但观众不容易理解，估计允才更要加二弄勿清爽哉！


我觉得允才肯定搞不清是啥意思，但总之被震撼到，已经眼冒红心地改口叫大哥了


叫兽投其所好，加送了几张照片给这未来小舅子，是在智利阿卡塔马沙漠拍的。允才可能连叫姐夫的心都有了。
（以上剧照来自于爱奇艺网站所播放的《星你》高清视频截屏）

这里面有些细节，电视里三言两语讲不清，我来为大家做介绍。牵涉到的问题有这么几个：
1、怎么衡量一台望远镜？
2、望远镜都有哪些种类？
3、我们用望远镜来看什么？

【1、买望远镜，首要指标是“分辨率”】
分辨率，又称解像力，指的是当两个天体，在望远镜中刚刚能被分辨出来时，它们之间的夹角是多大。

比如看月球，观看效果如果是这样，观众肯定不满意，他们希望看到的是环形山月海等细节。注意看左边沿区域，其实有点儿环形山的结构了，但是分辨率不够高，只能看出一个个扁圆圈。


这张厉害了，连美国人当年插的旗子都能看见！你说它看得更远了吗？没有，看的还是月球表面。只是其分辨率足以把旗子上的星星都分辨出来。（其实这是搞笑的，哈勃望远镜要看到这样都费劲）


有人可能存在疑问：这不就是放大倍数吗？
望远镜的放大倍数是用物镜的焦距除以目镜的焦距算出来，如果物镜的分辨率不够，换上再强的目镜，放大后的图像也是糊的。就像上面那张图，拿到电脑上单纯地放大，最后将是一团马赛克。而不会像下面这样（当然也是恶搞的）：

（以上图片来自于日本Orion望远镜的创意海报）

要说看到东西的远近，这个比不出性能，拿人眼来说，人的肉眼能看到月亮，所看的距离就是38万公里；能看到太阳，所看的距离就是1.5亿公里。在中学有篇语文课文《宇宙里有些什么》，其中提到：
……我们肉眼能看到仙女座里的一个恒星系。每当初冬晚上八九点钟的时候，差不多在天空正中有一个纺锤形的小光斑，就是这个恒星系。它距离我们那样远，光线从它那里到地球上得走二百二十万年。……
说明人的肉眼至少能都看到220万光年远的东西。——人的肉眼都能看到的东西，还要叫兽那台聚光能力816.32倍的反射镜做嘛用？

答案就是分辨率！

人眼看到的只是一团模糊的小光斑，而用了高分辨率的望远镜将有可能拍到这样的照片：

（图片来自网络）

再看看人类所制造的超级神眼——用哈勃太空望远镜甚至能看到仙女星云内部产生的恒星：

（图片来自网络）

一般而言望远镜的口径越大，也就是作为主镜的物镜，直径越大，分辨率就越高。计算方法是用常数140除以望远镜主镜的直径（毫米）

比如一个望远镜的主镜片直径是200毫米，分辨率就是140/200=0.7秒（这个秒是角度单位，不是时间单位，为角度1度的3600分之一）

用这样口径的望远镜去看1公里之外的景物，距离大于3.4毫米的两个东西能被分辨出来，小于3.4毫米的东西会糊成一团
去看月亮，距离是38万公里，能分辨出相距大于1.3公里的两个东西。
去看仙女星云，距离220万光年，能分辨出相距大于7.35光年的东西。相比之下像太阳这样和最近的恒星南门二距离是4.2光年的，就分辨不出是两个星体了。

再次强调：用望远镜看东西，别问能看多远，多远都能看，关键是问能看得多清楚。

口径增大的另一个作用就是增加了聚光能力。人眼的瞳孔是7毫米左右，望远镜的口径越大，比瞳孔的聚光能力就越强。相当于给人配了个大口径瞳孔，计算方法是口径的毫米数除以7，然后因为面积和直径的是平方关系，所以对之求平方，就得到聚光能力。

叫兽的那台反射镜的聚光能力是816.32，可以据此算法反推出其口径：求816的平方根，再乘以7mm，约得200毫米，也就是8英寸口径左右。（说起来也奇怪，望远镜的标称值，习惯是用英寸标口径，但却用毫米标焦距，这么混搭着）

极限星等是所能看到最暗的星星，聚光能力为816倍，说明它能看到比人眼所能看到的极限6等星还暗816倍的星星。

星等的计算：Log(813)/Log(2.512)=7.28，再加上人眼极限的6等星，刚好等于13.28等。

叫兽的装备还是挺给力的，数据也不是信口瞎编，都是很专业的数据！

【2、望远镜的种类】
按大类分，望远镜有折射式、反射式、折反式这样三种。
折射式望远镜是伽利略老师发明的，1609年秋，他将自己发明的折射式望远镜首次用于天文观测，从此彻底改变人类对宇宙的认知。（叫兽也是1609年来到地球的，不知道两者之间有没有什么联系）

折射望远镜的工作原理，是凸透镜对光线进行折射而汇聚成像。折射容易产生色散的问题，天体射来的光线中含有红光和紫光，折射率不同，最后产生的像，一侧有一道红边，另一侧有一道蓝边。这就没法进行精细观测。

高级的折射望远镜会用萤石等折射率低的材质来做镜片，以及用3片或更多镜片设计成3种或四种色光会聚到同一点，以降低色散，术语叫做复消色差（APO）或者超消色差（Super-APO）。还需要镜片镀膜技术，在镜片上镀几层增透膜，尽量全面地收集光线。这个做得好的效果就是看主镜上的反光亮度很低，黑魆魆的。

（tips：现在市场上经常有看到卖望远镜，镜片看上去红光或者金光闪耀超炫酷毙。这被称为“大红膜”，是很低档的镀膜技术。我还曾经遇到两个人，从路边看起来是辆军车上下来，拿着个望远镜说这是从部队里顺出来的便宜卖了要不要。我瞄了一眼看是大红膜，呵呵一声就走了。）

折射镜需要高级玻璃加工技术，所以成本很高，加上玻璃片做大了也很沉，使用不方便。后来大名鼎鼎的艾萨克·牛顿爵爷又发明了一种望远镜，利用一块金属凹面镜反射光线来聚焦成像，这不但不要昂贵的玻璃片，还没有折射时产生的色散问题。这就是反射式望远镜，由于是牛顿发明的，所以又称为牛反。

反射式望远镜也有造成图像不清的彗差等其他问题，但比起折射镜来说，同样价钱的成本，反射镜的口径能大好多。根据前面的介绍，口径越大分辨率越强、聚光能力也越强，所以反射镜更受欢迎。

【3、观测行星与观测深空天体】
天文观测的大多数情况还是晚上出去看星星。主要有两类目标：
一类是太阳系内的行星以及卫星等，这个适合用折射望远镜看，就像叫兽那样：折射望远镜用来看木星和土星。
另一类是看太阳系之外的，星团、星云等，就是观测所谓的“深空天体”（Deep skyobject，DSO），绝大多数都是肉眼不可见的，需要大口径牛反的超强聚光能力才能看到——也如叫兽在剧中所说的。

这同时给不少正打算开始天文之旅的朋友带来一个建议：你们不用着急一开始就考虑买望远镜。
1、一般的天文主题照片，是色彩斑斓、超拽酷炫，但这不是给眼睛配上望远镜就能看到的，需要用相机长时间曝光及加上其他技巧才能拍出来。贸然投入可能只会带来森森的失望。

2、要买望远镜也得搞清自己的观测目标，如果打算以观测行星为主，那么考虑买折射镜或折反镜；如果考虑以观测深空为主，考虑买反射镜。当然如果有钱，也可以各买一台，就像叫兽这样，没准能换来妹纸家属的投诚。

3、天文望远镜是这样的：一分钱一分货；一毛钱两分货；一块钱三分货。买个几百的入门也就是个玩具顶多看看环形山，上千上万的又很沉重，有可能懒得搬出去就老是搁在床底下睡觉。其实不用望远镜，也能立刻参与天文观测，广袤的夜空还是有很多肉眼目标的。如月亮的圆缺变化、五星的聚散离合、流星雨、银河、日月食、极光等等；另外现在还有不少人造天体，ISS国际空间站、铱星闪光等，也是不错的观测目标。至少，你还可以认认星座。

【4、阿塔卡玛毫米/亚毫米波阵列望远镜】
最后，略谈一谈叫兽提到的这个阿卡塔马沙漠。据网上搜集的资料：
它位于南美洲西侧，智利境内。这儿可算是世界上最干旱的地方，据记录是十几年的降水才几毫米。美国在搞火星登陆前到它这儿来模拟练习。

这么干旱的地方，空气中没什么水汽，正好是天文学家和天文爱好者打着灯笼也难找的地方。在《悦游（Condé NastTraveler）》杂志的官网上列出的5个毕生值得一看的自然夜空现象中，智利（Chile）的阿卡塔马沙漠（AtacamaDesert）的夜空被认为是世界上最迷人的景象。

这里有37个天文中心，其中18个用于科学观测，19个为游客和天文爱好者开设。其中最著名的当数从2002年开始，北美、欧洲、亚洲一些国家，斥资13亿美元，在这儿搞了个国际合作的天文项目，名为阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波天线阵（ALMA），建起66座高精度射电望远镜的组成一个望远镜阵。——通俗地理解为相当于建造一台望远镜，口径为这66台射电望远镜之和，其分辨率将超过哈勃望远镜的10倍。
（此段经网友@Arus_战巡指正：射电望远镜的分辨率不是阵列中所有望远镜之和，而是按整个阵列的最大长宽来算，如果你把两台射电望远镜放在地球两端，且其连接到控制中心的线路等长，那么这货的分辨率就跟一台与地球直径一样大的射电望远镜相同）

这个项目已于13年3月份建成，它可以帮助天文学家捕捉到宇宙中更加寒冷的天体（分子气体、星尘、大爆炸辐射等），提供正在形成当中的星系、恒星或者行星的图像，以及或许能帮助人类找寻宇宙其它星球上可能存在的生命。


（图片来自网络）

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最后转发几张深空天体的照片，就是前面提过的NGC2237星云，因其外形状如玫瑰，故又名玫瑰星云，值此情人节元宵节之际，祝朋友们转发此玫瑰得幸运：）



（图片来自网络）

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后记：
新年开始，我弄了个微信号写一些帖子发给朋友们介绍天文的入门。
刚才被解老大批评，说即使写给入门者看的也需要严谨求实，必须贴到牧夫来经受达人们的检验；同时也给来牧夫的新手提供一些轻松的阅读。
很感谢解老大的支持，于是赶紧把最近写的几篇转贴过来，请大家多多指点，谢谢！

米德的产品？

张紫恒 发表于 2014-2-15 19:47
米德的产品？

啥品牌我就看不出来了，哈哈
其实本来觉得他说看木星土星M31，想吐槽来着。后来觉得还是借机讲讲分辨率的事儿，就写了这么一篇。

哈哈，LX80都出现在镜头里了。

天狼星666 发表于 2014-2-15 20:04
哈哈，LX80都出现在镜头里了。

慧目如炬呀！

马褂 发表于 2014-2-15 20:07
慧目如炬呀！

多谢抬爱哦

精彩文章，顶！

深入浅出，好文章，科普贴

天狼星666 发表于 2014-2-15 20:04
哈哈，LX80都出现在镜头里了。

前辈，你说的是？

北极之星 发表于 2014-2-15 20:24
前辈，你说的是？

ＬＸ８０，米德产品，赤道仪经纬仪两用，可搭载两种不同光学型式的镜筒，第一张图便是。

天狼星666 发表于 2014-2-15 20:31
ＬＸ８０，米德产品，赤道仪经纬仪两用，可搭载两种不同光学型式的镜筒，第一张图便是。
...

多谢前辈指点，哈哈，正在看这个连续剧呢，还不错。

版主的应景科普文很有水平啊。

厉害厉害，很务实很贴心的一篇！赞