前文回顧

在上一篇文章《天文照片里星云色彩斑斕，現實中為何看不見彩色星云？視覺剖析篇》里，我分析了為何我們的肉眼無法看見彩色的星云，原因在于我們用于分辨顏色的視覺細胞——視錐細胞的感光能力相對較弱，在光源的光強不足的情況下，無法感光產生視覺信號，最終視覺經由更敏感的視桿細胞成像，而由于視桿細胞只有一種，無法感應顏色，因此在無法提供足夠光強的情況下，我們無法看到星云的顏色。

（視覺系統 ，圖源anatomy-medicine.com）

通過大口徑的天文望遠鏡可以看見彩色的星云嗎？

眾所周知，天文望遠鏡通過巨大的物鏡進行集光，并聚焦到目鏡上，我們通過目鏡觀測，理論上能比通過瞳孔集光的裸眼觀測，增加n倍的集光能力！那么是不是只要天文望遠鏡的物鏡足夠大，就能使我們的眼睛獲得足夠的光強，從而激活視錐細胞看見星云的色彩？很遺憾，一個比較反常識的事實是：并不能……

我一開始對此表示極度不理解，望遠鏡增加了那么大的集光面積，怎么可能還沒有足夠的光強激活視錐細胞？事實上原因就在于天文望遠鏡在增加了集光面積（物鏡口徑決定）的同時，也提高了有效放大倍率，而提高放大倍率也就增大了成像時天體的視面積，最終你會發現，集光面積的增加與視面積的增加是同步的，結果就是單位面積的光強并沒有增加……也就是說，增加天文望遠鏡的口徑并不能增加星云單位面積的光強，光強不增加，視錐細胞就依然看不見……

（折射望遠鏡光路，圖源：cosmicpursuits.com從伽利略博物館）

聰明的同學可能馬上會想到，不增加望遠鏡放大倍數不就OK了嗎？也就是增加天文望遠鏡的口徑，但保持放大倍數不變，這樣集光面積增加，但視面積不增加，單位面積的光強不就增加了嗎？這時就涉及到望遠鏡的結構問題了。大家看上圖，這時最簡單的折射望遠鏡結構，其它望遠鏡原理上大同小異，都是平行光通過物鏡后聚焦，然后又通過目鏡恢復成平行光，進入物鏡的平行光直徑就是望遠鏡的口徑，而離開目鏡的平行光直徑稱為出瞳直徑。這個出瞳直徑是有講究的，當出瞳直徑=我們的瞳孔直徑時，我們能完全獲得望遠鏡收集到的光。而當出瞳直徑大于我們瞳孔直徑時，望遠鏡將損失部分集光能力，因為它收集的部分光線無法穿過瞳孔進入我們的眼睛。

出瞳直徑的計算公式是：出瞳直徑=物鏡口徑÷放大倍數。根據公式，望遠鏡口徑和放大倍數必須同步變化才能保持固定的出瞳直徑，因此當我們增加望遠鏡口徑的同時增加望遠鏡的倍率，才能最大限度地利用望遠鏡的光學性能。這也就意味著，我們無法通過增加天文望遠鏡的口徑來增加星云的單位面積光強，也就無法讓我們的視錐細胞看到色彩。

大口徑天文望遠鏡有什么意義？

既然口徑再大的天文望遠鏡都無法讓我們看到星云的顏色，那要它有什么用？那用處就實在太多了，比如對于恒星這樣的點光源，增大口徑并不會增加其視面積，因此更大的口徑將大大增加恒星的光強，結果就是我們能看見許多本來肉眼看不到的恒星。

（星空，圖源：NASA）

同時可以高倍放大能放大觀測一些星團，還有太陽系內的行星，如木土天海四大氣態行星，土星環、木星云帶、大紅斑、月球撞擊坑……可以說擁有一臺口徑足夠大的天文望遠鏡是一個天文愛好者的福祉。

（土星，圖源：NASA）

大口徑望遠鏡好是好，但昂貴的價格讓很多天文愛好者望而卻步，不過幸運的是除了一些開放的大型天文臺，還有越來越多的大、中、小學校自建科普天文臺。

結語

作為一位天文愛好者，我希望國內的天文臺越多越好，讓孩子們從小就能接觸天文宇宙，仰望星空，腳踏實地。

我是星宇飄零，關^_^注我，和你分享更多有趣科學知識。

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