《談天說文》新印象派望遠鏡

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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