韦伯太空望远镜和哈勃太空望远镜谁的观测能力更强?

一般人将韦伯太空望远镜看做是哈勃太空望远镜的替代品,但是实际上韦伯太空望远镜是哈勃的继任者,是接班人。韦伯太空望远镜的科学目标是由哈勃太空望远镜的观测结果推动的,最终让韦伯太空望远镜的观测结果能够超越哈勃的工作效果,特别是更远的天体红移程度更高,它们的光从紫外线和光学推进到近红外,所以,对于这些遥远的天体(比如宇宙中形成的第一批星系)的观测就需要使用红外望远镜

韦伯太空望远镜和哈勃太空望远镜谁的观测能力更强?
韦伯太空望远镜和哈勃太空望远镜谁的观测能力更强?

本文将会总结下韦伯太空望远镜和哈勃太空望远镜的区别,以及分析下它们两个之间到底谁的能力更强。

比较项目韦伯太空望远镜哈勃太空望远镜
主镜直径6.5米2.4米
轨道位置距离地球150万公里(地球-太阳 L2 拉格朗日点)距离地球570公里
观测光谱段主要工作在近红外和红外线段紫外线和可见光部分
最佳分辨率2微米0.5微米
能看多远婴儿星系幼儿星系
韦伯太空望远镜和哈勃太空望远镜的能力比较表格

哈勃太空望远镜观测可见光,韦伯太空望远镜观测红外光

哈勃太空望远镜的主镜直径是2.4米,韦伯太空望远镜则是6.5米,韦伯的主镜直径比哈勃大2.7倍,这也是大家最常比较的部分。可是,如果主镜大就比较厉害,那么夏威夷大岛上的凯克10米望远镜,不就比哈勃和韦伯更强?

哈勃太空望远镜的主镜直径是2.4米(左),韦伯太空望远镜的则是6.5米(右)。
哈勃太空望远镜的主镜直径是2.4米(左),韦伯太空望远镜的则是6.5米(右)。

哈勃太空望远镜与韦伯太空望远镜观测的波段不同,用途也不一样。哈勃主要观测的波段在可见光,可见光是指人类眼睛可以看见的光或颜色范围,也就是红、橙、黄、绿、蓝、靛和紫。从红光到紫光,光的波长由长到短,红光的波长大约是0.62–0.74微米(1微米=0.001公厘),紫光的范围则是0.38–0.45微米。

红外光是指比红光波长更长的光,也就是波长比0.7微米更长,这是韦伯望远镜主要观测宇宙的波段。

哈勃和韦伯太空望远镜观测的波段,一个在可见光,另一个在红外光,所以在功用上本来就不一样,如果要比较的话就要小心,不然就像拿橘子跟苹果相比,拿不同的东西做比较显得很突兀。

谁看得比较清楚?来比一比分辨率吧!

哈勃太空望远镜与韦伯可以拿来做比较的是分辨率,分辨率的值(角秒)愈低,表示能看到天体愈细微的部分,分辨率跟主镜直径和观测的波长有关。望远镜主镜愈大,分辨率愈好;另外也跟观测的波长成正比。

哈勃太空望远镜(左)韦伯太空望远镜(右):哈勃太空望远镜在2005年(左)和韦伯在2022年(右)拍摄的南环星云。这个星云是由数千年来一颗坍缩的恒星所释放的气体和尘埃层形成的。韦伯太空望远镜拍摄的照片使这些戒指变得更加清晰。
哈勃太空望远镜(左)韦伯太空望远镜(右):哈勃太空望远镜在2005年(左)和韦伯在2022年(右)拍摄的南环星云。这个星云是由数千年来一颗坍缩的恒星所释放的气体和尘埃层形成的。韦伯太空望远镜拍摄的照片使这些戒指变得更加清晰。
哈勃太空望远镜(上)和韦伯太空望远镜(下)拍摄的船底座星云“宇宙悬崖”的一部分。来自韦伯太空望远镜的红外图像不仅让我们能够看到更多细节,还能穿透星云的云层,看到远处的众多天体。
哈勃太空望远镜(上)和韦伯太空望远镜(下)拍摄的船底座星云“宇宙悬崖”的一部分。来自韦伯太空望远镜的红外图像不仅让我们能够看到更多细节,还能穿透星云的云层,看到远处的众多天体。

答案揭晓——哈勃的分辨率略胜一筹!

前面提到分辨率跟主镜直径与观测波长的关系有一个重要前提,主镜必须研磨到完美、光滑,也就是主镜上不能出现高低起伏。如果主镜不完美,像游乐场里的哈哈镜,不能聚焦成像,分辨率自然不好。

波长愈短对镜面的要求愈高。哈勃太空望远镜的镜面对0.5微米波长更长的光是完美的,比0.5微米波长更短的光波则呈现不完美,韦伯望远镜的主镜则是对2微米更长的波长是光滑的。(光学上,物理学家的说法是哈勃和韦伯分别在0.5和2微米达到绕射极限。)

哈勃和韦伯望远镜最佳分辨率分别在0.5微米和2微米,根据前面的分辨率公式,哈勃在0.5微米的分辨率是0.05角秒,而韦伯在2微米的分辨率是0.08角秒,结论是哈勃的分辨率比韦伯稍微好一点!也就是哈勃老当益壮,一点也不比韦伯差。

史蒂芬五重星系,哈勃(左)与韦伯(右)拍摄的图片,从分辨率来看,两部太空望远镜不相上下。图/NASA
史蒂芬五重星系,哈勃(左)与韦伯(右)拍摄的图片,从分辨率来看,两部太空望远镜不相上下。图/NASA

从哈勃到韦伯,有如长江后浪推前浪

天文学家从1990年开始,透过哈勃望远镜研究宇宙,这三十年来科学家已经把哈勃的功能发挥到极致,我们对宇宙的了解很多都来自哈勃的观测。不过这三十年的努力也让天文学家发现哈勃不足的地方,科学家知道关键在红外线观测能力。前一代的红外望远镜斯皮策无法达到需求,天文学家只能殷殷期盼韦伯。

韦伯首批公布的图片中,几乎都是哈勃曾经拍过的天体,从科学上来说,比较可见光和红外图片资料可以对目标天体更多了解,不过我认为这应该是韦伯对哈勃致敬的方式,感谢哈勃三十多年的贡献!

韦伯太空望远镜站在巨人的肩膀上,必定能比哈勃太空望远镜看得更暗、更远!

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