如果望远镜足够大，可以直接看到外星人吗

目前，科学家搜寻地外生命的方式主要有三种首先是向太阳系可能存在生命的行星发射轨道探测器，着陆探测器，火星车和飞越探测器，二是进一步分析我们已经发现的遥远的系外行星，希望找到一些生物特征，或者至少是一些与生物有关的线索三是寻找技术特征，比如智能文明制造的非自然信号此外，有些人甚至在寻找地球上出现过外星人的证据，但这种研究的科学价值是有争议的

这颗想象中的类地行星是一颗岩石行星，大气层稀薄，位于恒星的宜居带星球上有海洋，大陆和云，表面也可能有宏观的生命形式如果你想在几光年外观察它们，你必须有一个巨大的望远镜

但如果我们强烈怀疑宇宙中不仅可能存在外星人，甚至可能存在与人类体型相近的外星人呢我们能直接看到它们吗于是有人问了这样一个问题:如果我们建造一个足够大的望远镜，我们能看到外星人在其他星球上走动吗

尽管障碍重重，但这个想法确实是有可能实现的为此，首先要解决以下几个问题

首先，对于任何光学系统来说，最重要也是最基本的一点就是分辨率如果想看到1米大小的物体，望远镜的分辨率最好能达到1米，甚至能看到更小的东西但在使用望远镜时，我们关注的不是被观察物体的实际大小，而是角的大小这种角分辨率意味着，只有当物体与我们的距离在一定范围内时，我们才能敏感地发现一定大小的物体，而不能发现这个范围之外的物体

你可能听说过望远镜的分辨率是由其大小决定的，这在一定程度上是对的望远镜的分辨率不仅取决于主镜的直径，还取决于它所观察到的光的波长更准确地说，望远镜的分辨率主要取决于波长与主镜直径的比值例如，詹姆斯·韦伯太空望远镜的直径为6.5米，可观测光的最短波长约为550纳米，最长波长为28000纳米，因此它所能达到的最大分辨率在短波0.03角秒到长波1.4角秒之间

要回答上面的问题，让我们以狮子座最强大的望远镜——哈勃望远镜为例以它在太空中的位置，哈勃能看到地球上的人类吗

这张照片是宇航员卡伦·尼伯格于2013年从国际空间站拍摄的如果你想在国际空间站的高度看到地球上的人，你必须使用像哈勃一样大的望远镜

请凭直觉猜测:是还是不是。

好了，接下来我们来找出答案哈勃望远镜的主镜直径为2.4米，位于地表上方约547公里处假设一个人的体型在1m左右，换算成角度大小，相当于0.000105，即0.37角秒哈勃只能在可见光波段达到这样的分辨率，所以如果我们的颜色是蓝色，紫色或紫外线，答案是能看见，但如果我们的颜色偏红，答案是不一定

用可见光搜索人类再合适不过了如果星球的大气和地球差不多，可见光穿透力强，那就更理想了短波光具有分辨率更大的优势，但行星大气对伽马射线和X射线基本不透明大部分紫外线会被阻挡在外，如果有保护性的臭氧层，阻挡效果会更明显即使我们把望远镜送上太空，也可以借助这种穿透力极强的光线在地球大气层中搜寻人类

尼尔·阿姆斯特朗拍摄的这张经典照片记录了巴兹·奥德林在月球表面插上美国国旗的过程注意前景中的脚印这些脚印从月球轨道上仍然清晰可见，但地球上的望远镜分辨率远达不到要求

用哈勃望远镜搜索其他星球上的人类，我们只需要知道被观测的天体离我们有多远，就可以知道要建造多大的望远镜计算很简单:如果你想用同样的分辨率观测一个比哈勃望远镜上限远10倍的物体，你只需要把主镜的直径做成哈勃的10倍接下来，我们来看看，为了从不同的距离发现外星人，我们需要建造多大的望远镜

月球

先来看我们最近的邻居，地球的天然卫星——月球从行星距离上来说，月球比太阳系中任何天体离我们都近得多，甚至近到我们可以在月球表面着陆月球围绕地球的轨道是椭圆形的，而不是圆形的，所以它离地球越来越近在近地点时，地月距离为35.65万公里，距离40.67万公里从近地轨道到月球，光的平均距离约为38万公里

这意味着，如果要以哈勃观测地球的分辨率观测月球，望远镜口径需要达到1650米建造如此巨大的望远镜是一项壮举，但也很昂贵人类建造的最大望远镜是Euromax望远镜，直径39米，南半球仍在建设中它的主镜由789个六边形镜片组成，每个镜片的直径为1.4米要建造一架直径1600米的望远镜，大约需要140万个这样的镜头

金星和火星

如果我们不想把视线局限在月球上，还想在太阳系可居住带的其他星球上寻找外星生命，那就要金星和火星了虽然这两颗行星与地球的平均距离超过1亿公里，但在围绕太阳公转的过程中，它们与地球的距离有时会大大缩短金星到地球的最近距离是3800万公里，而火星是6200万公里

如何让视线穿透金星厚厚的云层，是一个相当大的挑战偶尔，我们可以在可见光下看到金星的表面即便如此，这也只是云层中的一条裂缝火星要轻松得多，因为它的云层和大气层很薄，穿透力很强只要没有风暴，即使从很远的地方也能看到火星表面

按照这个距离，要想看到金星表面的人，望远镜口径需要达到161km，而火星是263km前者的面积相当于新泽西州，后者的面积相当于西弗吉尼亚州

木星卫星

也许有一天，我们不仅可以在太阳系的岩石行星上找到生命，还可以在一颗气态巨行星的卫星上找到生命太阳系中离我们最近的气态巨行星是木星一般认为木卫二和木卫三具有适合生命存在的特征与到地球的距离相比，这些卫星与木星的距离几乎可以忽略不计当它最靠近地球时，木星距离我们只有5.88亿公里

这样，我们需要的望远镜口径为2500公里，大致相当于美国阿拉斯加的大小这么大的望远镜是不可想象的，因为它的直径已经达到了月球的四分之三但事实就是如此如果你想从几亿公里外拍摄一个人类大小的物体，你需要这种天体望远镜伴随着距离的进一步增加，情况会变得更糟

这个比例显示了一些天体离我们有多远行星，柯伊伯带，奥尔特云以及最近的恒星都在地图上为了保持相同的分辨率，距离每增加10倍，主镜的直径就应该增加10倍

土星，天王星，海王星以及更远的地方

土星到地球的距离大约是木星的两倍，最近的距离是12亿公里望远镜需要达到5000公里，几乎相当于土星最大的卫星，太阳系第二大卫星土卫六

天王星到地球的距离是土星的两倍，即使是最近的距离也有25.7亿公里望远镜需要有10800公里的直径，大约是地球直径的85%

海王星到地球的最近距离为42.98亿公里，望远镜口径需要达到1.78万公里，是地球的1.5倍。

至于柯伊伯带的天体，我们得造一个直径是地球两三倍的望远镜要看奥尔特云，望远镜口径几乎等于太阳更不用说围绕其他恒星旋转的行星了

海神号51b于2014年被双子座行星成像仪发现它的质量是木星的两倍，是有史以来拍摄到的温度最低，质量最小的系外行星与中央恒星的距离只有12个天文单位为了拍摄这个星球上人类大小的物体，望远镜分辨率需要达到目前最高水平的几十亿倍

系外行星

除非我们决定把人类送到太阳系的其他星球，否则在这些世界找到自然进化的人类的概率几乎为零但在太阳系外的星球上，可能存在类似人类的生物

离我们最近的恒星的距离在4光年到10光年之间一些恒星的行星可能不仅适合居住，甚至可能有类似于人类大小或更大的生命形式

要用多大的望远镜才能看到几光年外行星上一个1米长的物体。

对于最近星系的行星，望远镜口径应该相当于地球的轨道对于天仓五周围的行星，望远镜的直径必须达到小行星带的直径为了观察TRAPPIST—1系统中的行星，望远镜需要达到土星的轨道大小这些尺寸听起来是不是很神奇这大概也是为什么从来没有人提出直接通过望远镜观察和搜索外星生命的原因

阿塔卡马的大型毫米波/亚毫米波阵列由一系列射电望远镜组成阵列的聚光能力相当于所有望远镜的总和，但分辨率也考虑了望远镜之间的距离

不过，虽然可能性很小，但我们还是有可能找到技术上的解决方案要建造一个巨大的望远镜，有两个关键点:一是它必须能够聚光，聚光能力必须与表面积相匹配，第二，分辨率必须足够高，以区分不同的物体，分辨率必须与主镜上可以容纳的波长数相匹配

但如果我们观察的物体足够亮，聚光能力可能就没那么重要了，我们只需要保证分辨率足够高就可以了。

对于超长波光，有一种技术叫超长基线干涉测量，理论上也可以用在可见光如果我们能在太阳系中建立一个小型光学望远镜的网络，虽然它的聚光能力只是这些望远镜的总和，但分辨率也可以考虑到这些望远镜之间的距离

虽然这是一个巨大的挑战，但如果我们能够努力实现，我们的成像细节将达到前所未有的水平虽然这注定是一次漫长的旅程，但它可能是我们了解外星生命长什么样的最大希望

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