《談天說文》新印象派望遠鏡

中研院天文所研究助技師 曾耀寰 |2007.11.02
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 這是什麼跟什麼?十九世紀的新印象派可以扯上望遠鏡?這之間的關連為何呢?新印象派是近代繪畫的一種畫風,大約出現在十九世紀末,工業革命後期,工業革命又稱作第一次科技革命,當時蒸汽機所驅使的機器代替了大量的人力,科技不僅改變生活品質,也改變了整個社會的結構。
 圖一

新印象派的代表人物之一是法國畫家喬治秀拉,捷克島的星期天下午(如圖一)是他的代表作品。秀拉擅長點描法,他將顏料一點一點地直接畫在畫布上,而不是在調色盤上調製需要的顏色,這種繪圖方式非常科學,記得小時候用水彩畫圖,如果將許多顏料塗在一起,色彩會愈變愈暗,最後成了黑鴉鴉的一張圖,但如果是不同的色光混合在一起,最後反倒成了白光,這是因為看到物體顏色和色光的原理不同。

看到紅蘋果的紅,是因為紅蘋果的紅色會將各種顏色的色光吸收,只反射紅光。如茵的綠草則只會反射綠光,如果將所有的顏料都混在一起,結果就是吸收了所有顏色的光線,變成了一片漆黑。而白光是由各種不同色光所組成,牛頓的三稜鏡實驗證明了這一點,紅、綠、藍光混合在一起,反而成了白光。點描法就是利用光的科學,將單一顏色的顏料直接點畫在畫布上,當紅點和藍點畫在一起,站在遠處的人看到的顏色卻是洋紅色,這是因為紅光和藍光在人的眼睛裡混合在一起,產生了洋紅色光。
 圖二 一束光通過小孔,會在後頭產生一團的繞射圖案。  圖/ESA/XMM

可是相鄰的紅光點和藍光點怎麼會在視網膜上混在一起?光是直線運動,通過瞳孔之後,應該不會混在一起。其實這是和眼睛的分辨率有關,光經過瞳孔後,會產生繞射現象, 在視網膜上產生一團的繞射圖案(如圖二、三),而不是一點,如果紅光點和藍光點靠得太近,繞射圖案就會混在一起。通常靠的太近表示之間的視角很小,如果小於某個臨界角,就無法分辨出兩個光點,這個臨界角代表了眼睛的分辨率,臨界角度愈小表示分辨率愈好,而臨界角和光的波長成正比,和瞳孔大小成反比,波長愈長,分辨能力愈差,瞳孔愈大,分辨能力愈強。以波長五百五十奈米的黃光為例,通過二毫米直徑的瞳孔,分辨角度是一角秒(角度一度的三千六百分之一),再靠近,就完全混在一起,無法分辨出兩個光點。
圖三 藍點和紅點通過瞳孔之後,在視網膜上混在一起。   圖/曾耀寰繪

望遠鏡也有類似的性質,望遠鏡的口徑大小就相當於肉眼瞳孔的大小,天上星星之間的距離小於可分辨的角度,望遠鏡就只能看成一顆星星。因此威力強大的望遠鏡,口徑也愈大。口徑大,不僅可以接收較多的星光,得到較多的訊號,也因為分辨率的關係,可以將非常靠近的星星分辨出來。另外也可以解釋電波望遠鏡的口徑遠大於可見光望遠鏡,因為電波的波長大於可見光,在同口徑的情形下,電波望遠鏡的分辨率比可見光的差,因此要加大電波望遠鏡的口徑,提高分辨率。

現今最大的可見光望遠鏡是在夏威夷毛納基峰的十公尺凱克望遠鏡,而可轉動式的單一電波望遠鏡口徑可達一百公尺,不可轉動的單一電波望遠鏡則高達三百多公尺。如果用數座電波望遠鏡組成的陣列會有更大的等效口徑,美國新墨西哥州的特大天線陣(VLA)口徑有三十六公里,結合太空望遠鏡的VSOP(圖四)口徑是地球的二倍大。數大就是美,天文學家對望遠鏡口徑的要求也是如此。
圖四 圖/JAXA/ISAS/VSOP

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