分辨率的重要性——光的衍射与分辨率的关系

在高中学习地球科学时，你会了解到望远镜的所有性能都与口径有关。

倍率可以通过更换目镜来随意改变，因此不是很重要的因素。

最重要的是集光力和分辨率。

集光力与望远镜接受光的面积的平方成正比，因为口径越大可以接受的光越多。

那么，为什么分辨率越大口径越好呢？

1. 光的衍射

衍射是指波遇到障碍物时在其后方传播的现象。

由于衍射，靠近障碍物的光的路径会发生变化。光也是波动，因此会出现这种衍射现象。

当光通过狭窄空间时，会因路径差异显示出独特的图案。

此时，衍射产生的图案大小与波长成正比，与光通过的空间（狭缝）大小成反比。

问题是这种现象也会在用望远镜观测恒星或行星时发生。

2. 分辨率与单缝

观测恒星时望远镜的口径成为一种单缝。

在上图中，就像光通过单缝时发生衍射一样，望远镜口径的边缘会产生光的衍射，这种衍射使图像显得模糊。

下图是使用带有光圈的望远镜调整口径（开口）拍摄相距0.5毫米的点光源的结果。

光圈开得越大，进入的光越多，光就会被更好地分解。

在图中的(c)情况下，两个物体开始看起来合并，从观测者的角度来看，比这个距离更近的物体会看成一个。

这时观测者看到的两个物体之间的角度就是分辨率。

因此，分辨率越小，看得越清楚，分辨率小意味着性能好。

上图是通过不同口径拍摄的M13球状星团的照片。口径越大，图像越清晰。即使倍率再好，口径小也只能看到模糊的图像，因此无法准确地看到物体。

3. 分辨率与口径成反比

望远镜的分辨率公式与单缝的公式相似即是因此。

望远镜前端的衍射使物体的图像变模糊。

因此，望远镜的口径越大，观测波长越短，分辨率值就越小，观测者就能获得更好的图像。

这就是为什么望远镜必然是口径越大越好。

在地球科学中，单靠学习地球科学中的公式是无法理解的。

结合学习物理、化学与地球科学，将有助于理解这些公式。