望遠鏡的解像能力 (Resolving power or resolution)

(望遠鏡原理 續 ) 今次說說望遠鏡的解像能力。

因為望遠鏡的主鏡邊緣會把光線衍射，所以沒有影像是絕對清晰的。而鏡片直徑越大，影像也會越清晰。影像的清晰程度可利用望遠鏡的解像度來比較。解像度就是我們觀測的物件最微少而能清楚分辨到的能力，如圖一：利用不同口徑的望遠鏡去看一對雙星，主鏡越大，對於分辨雙星的能力越高。

圖一

此外，由於短波長的光線相對長波長的光線衍射程度較少，對於短波長的解像力也會較高，例如偏藍的光比偏紅的光的波長較短，解像力對於偏藍的光源會較佳。所以，解像度取決於進入望遠鏡的光線的波長和望遠鏡主鏡的直徑。如用數學方式表達，就是：

公式中的光線波長和主鏡的直徑必須使用相同的單位如米或厘米。

由於光線的波長 (大約為5000)，一個較方便的方法去計算解像度就是把光線的波長代入公式中，並把角度變為角秒去計算，得出以下公式：

利用以上公式可知道一支一寸的望遠鏡，約2.5厘米直徑，能分辨出兩個遙遠的相距四角秒的影像。我們說這兩個影像是能分解的。但兩個物件如相距少於四角秒就不能利用一寸的望遠鏡去分解了。如利用此望遠鏡去觀察一行星，影像的細節必須大於四角秒，我們才可以分辨出它們的輪廓。利用這條公式去推論在夏威夷的10米蓋赫望遠鏡 (Keck Telescope)，其分辨能力理論上可高達0.01角秒，大約是正常人眼睛的分辨能力的一萬倍。

可惜的是地球的太氣層限制了地面上的觀測條件，大氣層就像一塊大的透鏡，把光線折射進地面。可是，這塊鏡欲是懂得不停地移動。你也可能曾看過類似的情況：如果你在晚上觀星時，即使使用肉眼，也會發現星星不停地閃爍。這是因為大氣層的空氣不停地流動。如利用高倍率的望遠鏡時，影像將會不停地跳動，形成了模糊的影像。同一個效果就如同你看著一團熱熱的火或是看著一條炎熱陽光照射下的公路上的情況一樣。

大氣層的穩定性可以每晚不同，甚至在一晚中也可以每分鐘不斷地變化著。天文學家把這些不停變化的情況叫做可見度 Seeing。可見度即為每1至2角秒能清楚看到的大小範圍。好的可見度 – 利用地面最佳的觀測站及當晚大氣層非常穩定，那麼，影像模糊程度可低於1/4角秒。

上文的解像度的公式是理論的可能數值，圖二比較了不同主鏡口徑及望遠鏡的解像度的理論數值，這個關係取決於衍射和可見度的影響。你可以從表中看到最先進的望遠鏡主要受到可見度的限制大於衍射，而小型望遠鏡卻主要受到衍射的限制。可見度的影響是受到地球大氣層的影響，如望遠鏡能放在大氣層以外，它們的解像限度可以達到理論值。

圖二

考考你：那種直徑的望遠鏡主鏡將會是可見度成為主要的解像度因素，即望遠鏡再如何加大直徑也沒有用？假設最好的可見度為0.25至0.5角秒之間。

編寫：蔡錦滔

(本文曾發表於本會2005年2月號會訊中)

其他相關聯結：望遠鏡原理 (一)：望遠鏡的集光率

答案：20 – 30厘米，你可以把可見度的線向下移到0.25-0.5之間，可見20 – 30厘米直徑的望遠鏡，衍射的因素低於可見度的因素呢！