Задумывались ли вы когда-нибудь, почему космический телескоп Хаббл создает невероятно детализированные снимки галактик, находящихся от нас в миллионах световых лет, но не может сделать достаточно детализированный снимок Плутона и других планет в нашей солнечной системе?

Различие между снимками Плутона и галактики Андромеды

Минимальное расстояние от Плутона до Земли = 4.280.000.000 км (7,500,000,000 км при максимальном отдалении)

И максимальное качество снимков, которое может сделать Хаббл, выглядит вот так:

Слева снимок Хаббла. Справа снимок космического аппарата «Новые Горизонты», который был сделан им, после 9 летнего полета к Плутону в 2015 году, находившись на 4.260.000.000 км ближе к Плутону, чем к Земле и Хабблу, на момент снимка.

А вот так выглядит снимок галактики Андромеды, которая в 4 313 207 570 раз дальше, чем Плутон.

Расстояние от нее до Земли = ~ 18 921 056 800 000 000 000 км.

Посмотрите это короткое видео(откроется в этой же вкладке) чтобы более менее понять масштабы.

Свет от Солнца до Земли долетит за ~ 8 минут (а до Плутона в 29-52 раза дольше т.е 4-7 ч);

Свет от Плутона до Земли долетит за ~ 4 часа (при ближайшем сближении с Землей);

А от Андромеды до Земли долетит за ~ 912 500 000 дней (2 500 000 лет);

И того, мы имеем: Плутон, находящийся от нас в 4 световых часах и Галактику Андромеды, находящуюся от нас в 21 900 000 000 световых часах (2 500 000 световых годах или 18 921 056 800 000 000 000 километрах).

Только подумайте — мы видим не галактику Андромеды, а то, что с ней происходило и как она выглядела 2 500 000 лет назад, за этот промежуток времени, пока к нам летел свет от нее, на тех не многих планетах в зоне обитаемости, в этой галактике, могла зародиться жизнь и дойти до определенного эволюционного этапа развития, и возможно несколько из тех видов, могли бы даже развиться до нашего уровня либо превзойти его в десятки раз.

По скромным подсчетам, только в видимой вселенной, должно быть минимум 4.2 — 5.3 триллиона экзо — планет в зоне обитаемости, а это значит, что есть не плохой шанс для поселения жизни на каком — то проценте из этих планет, и эволюционного процесса, достаточного по времени, для того, чтобы эволюционировать в более сложные жизненные формы, правда, вероятность того, что эти жизненные формы будут похожими на людей, очень мала: измените всего один из параметров, например, уровень радиации на планете, и уже эволюционный процессс пойдет с некоторым отличием от наших форм жизни на Земле, а этих параметров миллионы

И даже, если в галактке Андромеды, на какой — нибудь из планет могла зародиться жизнь и эволюционировать хотя бы до нашего уровня, и при условии того, что они уже прослушивают вселенную на радиоволны, впервые они узнают о нашем существовании минимум через 2 499 900 лет, т.к первые радиоволны, содержащие нашу историю и несущие в себе информацию о нашем существовании, были отправленны в космос около 100 лет назад, после создания радио, поэтому вероятность узнать о внеземной жизни крайне мала, если конечно же более развитая цивилизация, все еще не научилась применять эффект мистера Мигеля Алькубьерре и не спешит на поиски экзопланетных цивилизаций. При том, возможности не достаточно, нужно еще будет желание искать нас, что мало вероятно, т.к, если они уже настолько развиты, что имеют возможность управлять пространственно — временным континуумом, будем ли мы для них чем — то интересным, настолько, чтобы у них появилось желание познакомится с нами, чтобы они вдруг захотели пожать руку «самим» людям. Максимум, что они сделают — изучат ответные реакции на среду и определенные факторы и особенности процессов взаимодействия среды на нас, как более глупого вида, как мы это делаем с лабораторными крысами.

«Как часто у вас возникает желание остановиться и начать диалог с червем? Может вы, конечно, и останавливались, чтобы поговорить с ним, но вы ведь не ждали, что он вам ответит?» (с) Нил деГрасс Тайсон — известный астрофизик и популяризатор науки.

Вернемся к теме статьи. Математическое объяснение

Чтобы понять, почему мы видим галактики такими четкими, в отличии от Плутона, нужно понять, что такое угловое разрешение камеры и соотношение дистанции до объекта к его размеру

Угловое разрешение — это способность глаза, телескопа, микроскопа, камеры и тд, распознать детали другого объекта. Угловое разрешение обычно измеряют в угловых секундах

1 градус = 3600 угловых секунд

Луна, к примеру, занимает на нашем небе 1800 угловых секунд т.е 0,5 градуса

Луна

Чтобы всем было понятно о чем речь, рассмотрим Луну для сравнения.

Луна 3476 км в диаметре, среднее расстояние до Земли 384,000 км

Полная луна покрывает 1800 угл сек неба т.е. 0,5 градуса

Зная это, мы можем расчитать, размер объекта, который вы можете увидеть на Луне с Земли своими глазами

Все очень просто: берем диаметр 3476 км, делим его на количество 1800 угл сек, которое Луна покрывает в небе и получаем = 1,93

1,93 это количество км, показывающие насколько велико разрешение 1 угловой секунды (основанной на диаметре и дистанции до Луны)

1,93 умножим на угловое разрешение ваших глаз 60 и получим = 115,8 км

Минимальный объект, который вы сможете увидить своими глазами на Луне, с Земли будет размером ~ 116 км

Удалите Луну дальше от нас, оставив диаметр таким же — она будет покрывать меньше угловых секунд в небе, и вы будете видеть все меньше и меньше деталей по мере отдаления Луны.

Камера Хаббла

Оба снимка — Плутона и галактики, показанные в начале статьи, были сделаны «на широкоугольную камеру 3» (TWС3) Хаббла

Разрешение этой камеры = 0,05 угловых секунд

Основное зеркало Хаббла 2.4 метра диаметром, это значит, что используя формулу лимита Дэйвса мы узнаем, что это будет равным 0.05 угл сек, что гораздо лучше разрешения человеческого глаза (60 против 0.05, — меньше лучше)

Умножая, уже посчитанную величину 1,93, на угловое разрешение Хаббла (0,05) получаем, что Хаббл может увидить объект на Луне размером ~ 100 м (против глаза человека ~116 км)

Плутон

Угловой диаметр Плутона всего лишь 0,115 угл. сек (в ближайшем сближении с Землей) это очень мало, при том что его размер всего лишь 2400 км в диаметре

(2400 км в диаметре) / ( 4.280 млн км) = 0.00000056 (4.280 млн км — это расстояние в ближайшем сближении с Землей, как уже было указано выше в статье)

Это значит, что минимальный объект, который Хаббл сможет рассмотреть на Плутоне, должен быть размером не меньше, чем 1029 км ( 2368 /0,115 = 20,600 км. | 20.600 * 0.05 = 1029 км)

То есть при разрешении телескопа в 0,05 угловых секунды, Плутон будет состоять из 2 пикселей, так как 1029 км — это почти половина размера всей планеты

Разделя соотношение Плутона на угловое разрешение Хаббла 0,05 переведенное в радианы 2.42406841 × 10^-7 получим

0.00000056 / 0.00000024 =2.3 разрешение (пкс)

Галактика Андромеды

(260,000 св. лет в диаметре) / (расстояние до нее 2 млн св. лет) = 0.13 (соотношение диаметра к расстоянию до нас)

1 град = 3600 угл сек (угловых секунд)

В нашем небе она занимает 10 800 угл. сек т.е.3 градуса (Луна занимает 0.5 градуса, т.е Луна на нашем небе в 6 раз меньше Андромеды)

Делаем то же самое, делим вычисленное соотношение на угловое разрешение Хаббла в радианах 2.42406841 × 10^-7

0.13 / 0.00000024 =~541 600 разрешение (пкс)

Причина того, что Хаббл может показывать настолько более детализированные снимки галактик, в отличии от планет нашей солнечной системы в том, что галактики невероятно огромного размера. И в соотношении их удаленности от нас с их размером, (как показано выше соотношение всего лишь 0,13 против соотношения Плутона = 0.00000056), дают нам возможность делать такие прекрасные снимки, даже таким устаревшим телескопом как Хаббл. Скоро ему на замену, выйдет телескоп Джэймса Вэба, тогда мы сможем увидить галактики в еще большей детализации.

Как мы уже поняли, Андромеда занимает на нашем небе в 6 раз больше «места» (градусов), чем Луна и если бы Андромеда была ярче, мы бы видели ее на нашем небе такой:

Надеюсь хоть не много кому — нибудь помог в понимании того, почему же современные телескопы могут сделать невероятно красивую картинку галактики или туманности, но не могут показать достаточно детализированную фотографию Плутона или некоторых других планет нашей солнечной системы.