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28

2023

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趣味科学:如何用望远镜看到10万公里外的蚂蚁?

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趣味科学:如何用望远镜看到10万公里外的蚂蚁?

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  假设一只蚂蚁长1毫米,那么如果从10000公里外观察,这只蚂蚁大约有3×10−43乘以10^{-4}毫角秒!!!

  这是什么概念?它比目前最好的天文观测精确100倍。

  对于一个理想的光学系统来说,其最大角分辨率S≈1.220λr/a,当用550nm可见光观察蚂蚁时,有≈3947m就是要建造一个主透镜直径为3947m

  的望远镜,它可以在1公里外清楚地看到一只10000mm的蚂蚁。

  目前最大的望远镜是智利正在建造的超大望远镜,主镜直径为39米。

  为了保证精确的成像,望远镜的表面精度在纳米级,温差和透镜本身的重量会造成透镜的很大变形,影响精度。大气干扰甚至会破坏您的图像。而且镜头越大,制造难度就越大。目前,大型望远镜一般使用碳化硼等材料制作透镜,表面镀铝,多个透镜用于拼接成一个大透镜。现有的精密加工和精密控制技术无法实现直径4000m的光学望远镜。毕竟数量级的差距是有的。

  太空望远镜不受大气扰动、重力、温差等影响,直径可达4000m。然而,最大的太空望远镜詹姆斯韦伯望远镜直径为6.5米,重6.2吨。它因为太贵(10亿美元)被推迟了几次推出。制造一个4000m口径的反射器需要数万吨碳化硼和其他材料来制造主透镜,更不用说它的伺服机构甚至携带它的航天器了。这个尺寸完全是歼星舰的水平。现在人类还没有将数十万吨的物体送入轨道。

  当然,我们也可以减小波长进行观察。如果使用5.5nm的极紫外光,镜头光圈可以减小到39m。但是,极紫外线不能在空气中传输,只能在太空中使用。短波长也给透镜材料带来了问题,甚至需要使用像钱德拉X射线望远镜这样的掠射方法,这增加了成像的难度。与人类目前的技术水平相比,相应的制造难度还有一个数量级的差距。

  因此,用单个望远镜对这种蚂蚁进行成像的难度超出了目前的技术水平。

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图片ALT信息: 什邡市远通光学仪器有限公司

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