32亿只是起步 拍摄宇宙到底要多少像素

    可能你会为135相机拥有3615万像素而感叹，感叹他能够拥有如此的精细度，但是你可知世界上像素最高的相机数字是多少呢？一次曝光32亿！32亿这样的数字的确非常惊人，不过很可惜他是一台空间望远镜，所以我们也没法体会到他能把我们的世界拍摄的多清晰。不过另一方面，既然他是空间望远镜，也就可以让我们更深刻的了解到宇宙到底有多么大。

空间望远镜 探索太空的法宝

    32亿像素空间望远镜的新闻早就是2012年4月份的事情了，不过这仍然不妨碍我们把他拿出来说事儿，毕竟这是空间望远镜，他的像素数量直接影响到分辨率。可能大家对于望远镜的像素没有太多的概念，就拿大家最熟悉的哈勃望远镜来说，早期的哈勃使用的相机像素为1600×1600也就是256万像素，而后来哈勃换用的WFC3分辨率则为4096×2048（2块）也就是839万像素（1678万像素），相比今天的32亿实在是有点低。

使用哈勃望远镜拍摄出的图像

    不过空间望远镜拍摄的物体本身是静止的（注意这里只是相对静止），所以我们可以依靠诸多技术办法（类似多重曝光，但是复杂的多）来提高像素，比如有一段时间NASA曾经放出来了一批4.32亿像素的照片就是哈勃望远镜拍摄的。事实上空间望远镜仍然是人类探索宇宙的第一选择，谁让这东西发射出去就可以工作好久，而且十分稳定呢。

本质是相机 能力却有大不同

    那么空间望远镜是什么呢？从最为简单的角度来说，那就是一台相机，很明显所有空间望远镜都拥有一台相机的基本部件：传感器以及镜头。当然了诸如存储模块，传输模块，供电模块（充电模块）也是一应俱全，以保证这样一台相机的长时间工作，以及把内容传输到地面。

天文望远镜当中也有与相机非常类似的感光元件

    这台相机可并不简单，首先他工作在宇宙当中，与地球最大的区别就是温度，要知道地球的地面温度是一个300K±30K（大约为摄氏0°—60°）的基本恒定值，而太空望远镜面临的环境很可能是200K±100K（大约为摄氏-70°—130°）乃至于更大的温差，想要在这样大的温差下工作，首先这台相机本身得有足够优秀的防护措施，否则冷了起不来，热了玩坏了算谁的。

卫星所在的工作环境非常苛刻 太阳能电池板是主要电力来源

    而且由于是空间望远镜，望远镜本身就是移动的，而且被拍摄的星体本身也处于一个移动状态，所以空间望远镜本身需要拥有一定程度上的移动补偿功能。当然你在地球上拍摄星空需要面临的问题也是一样的，所以我们要使用赤道仪电动跟踪器来保证画面的真实性。

频段分的细 有时一物能多用

    虽然说空间望远镜本质上来讲是个相机，但是他与相机有着一个非常不一样的点，那就是绝大多数空间望远镜并不是“可见光”设备，毕竟可见光只占星体自己发出光线的一小部分，如果只拍摄可见光恐怕我们就黑漆漆的看不见什么了。

引力对于伽马射线的影响

    一般来说空间望远镜分为以下几个种类：伽马射线（γ射线）、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电、粒子、引力波。我们非常熟知的哈勃望远镜，实际上就可以拍摄可见光 以及 紫外线，而当年非常出名的HEAO 3号望远镜（高能天体物理实验室），可以捕捉伽马射线、X射线、粒子。

空间望远镜拍摄的东西与我们平时的红外摄影有着些许相似之处

    那么为什么不能制造出一种同时捕捉所有频段光线的望远镜呢？实际上这与我们相机上为什么要用红外滤镜、紫外滤镜的道理一样，如果望远镜能够捕捉到的频率太多，就会导致多种频率在画面上同时成像，出来的画面会非常的杂乱，如果真的需要捕捉多种频段的射线，就会选择各自的频段分开分别捕捉，然后进行合成对比。

像素是末技 灵敏度才是关键

    说道这里大家有没有感觉到空间望远镜与相机还是有着非常大的不一样之处呢？其实空间望远镜还有一个与大家认知比较相反的东西，那就是感光能力，我们往往认为高像素的产品感光能力一定很差，尤其是高感效果绝对完蛋了，但是实际上空间望远镜却是相反的，我们能看到像素越高的产品，感光能力就越强，其主要原因就是像素与面积共同增加。

多片式CCD可以很好的保证望远镜的细节表现能力

    就拿2009年发射的开普勒空间望远镜来说，这款望远镜使用了42块CCD拼合而成，每块CCD像素为1024×2200，总计9462万像素，虽然像素这么高，但是实际上每个像素的尺寸高达27微米，传感器面积大约为全画幅相机的79.8倍，再加上CCD工作在很低的温度下，使用了特制的滤镜以及0.95米口径的镜头，该望远镜的实际感光能力是目前最好相机的数千倍。

开普勒望远镜观测到的诸多行星

    事实上我们的宇宙昏暗的程度远远超乎我们的想象，所以对于空间望远镜来说，没有足够的灵敏度，哪怕再高的像素也是浪费。正是因为开普勒望远镜有如此强大的感光能力，所以在开普勒望远镜的服役期，他给我们找到了2362颗从未观测到的星球。

近地干扰多 传输维修大难题

    说到这里你有没有赞叹一下空间望远镜的威力呢？但是相信肯定也有人会提出一个问题，我们为什么不把望远镜放在地球上，这样拍摄的时候多省事啊。其实所有人都希望放置在地球上，但是地球本身就是个超级大干扰。

地面天文台的工作能力被天气影响的实在是太严重了

    首先地球有自己的自转和公转，空间望远镜放置在地球上，平均下来一天至少有12个小时是没法工作的，而且在能工作的时候还有个非常讨厌的东西，那就是云彩。这个云彩左飘飘右飘飘，经常就飘到望远镜上方了，等于还是经常没法工作。这也是为什么我们那么热衷于把望远镜发射到轨道上去拍摄的道理。

想要依靠宇航员上去修望远镜就是个梦想 还不够来回票钱呢

    不过并不是说发射上去就轻松了，首先望远镜在空间中，想要把信息传输回来就是个大难题，不过现在卫星通讯速度可以可以实现Mbps级的速度，Gbps级别的实验网络也离商用不远了。而且空间望远镜离地球甚远，一旦出现什么故障，很可能没法维修，花了10个亿用1年绝非玩笑话，如果真心要修没准比发射一个还要贵，这可就得不偿失了。

宇宙无限大 空间探测是未来

    那么除了空间望远镜和地面天文台，我们还有什么可以观测宇宙的方法吗？那就要说说空间探测器了，相比于我们尽可能拼了老命提高空间望远镜的拍摄能力，空间探测器可以飞的很远很远，就不需要对于拍摄能力有那么高的要求了。

空间探测器想要达到预定轨道可谓是困难重重

    但是空间探测器带来了另外一个问题，那就是那么远的距离我们能不能准确到位，就拿之前的好奇号火星探测器来说，他需要有非常严格的轨道和速度控制，尤其是在宇宙中飞行，各个星球的引力对于空间探测器都是一个极大的影响，如果好奇号火星探测器比预定速度低了1m/s（也就是3.6公里/小时），好奇号就跑到10万公里外的不知道哪去了。

好奇号火星车是人类历史上地外探测的最高点

    而好奇号本身的速度是多少呢？约5.9公里/s，也就是21000公里/小时，如此微小的偏差就会导致空间探测器消失，可想而知他的行进轨道有多么的严格。而且如果我们要飞去比较遥远的星球（比如之前的旅行者2号和旅行者1号），就必须绕过多个星球，依靠引力场加速和脱离，而我们手里又没有那么精确的宇宙模型（太阳系内还是没多大问题的），很显然发射出去也是撞大运（当然不太可能有运气）。所以说空间探测器仍然只能用来探索与地球相距不太远的地方。

为何要知晓 宇宙模型定未来

    那么如果想要让空间探测器观测到更远的宇宙，我们需要做什么呢？自然是建立一个极其完善的宇宙模型，而建立宇宙模型方面，空间望远镜显然是必需品，这也是大家为什么拼命在空间望远镜上做文章努力的原因。毕竟只有足够精确的行动路径观测，才能让空间探测器飞的过去。

没有完善的宇宙模型 我们就无法飞行到比较远的区域

    那么这就回到了本文的主题了，如果想要拍摄宇宙，我们到底需要多少亿像素。其实这是一个没有答案的问题，从目前我们对宇宙的了解来看，32亿像素绝对只是一个起步数字，就拿哈勃望远镜观察到的所谓的137亿光年来看，如果我们想要得到与间谍卫星相同的画质，那么我们需要的是1.97e+47个像素，也就是现在32亿设备的6万亿亿亿亿倍。我想哪怕是人类灭绝了，也无法获得这样的数字吧？

航天飞机是未来人类星际航行的必备品 不过很可能不是现在的样子

    所以说多少像素足够拍摄宇宙其实是个伪命题，因为我们可以通过空间探测器来缩短距离，离得越近需要的像素也就越少，32亿就成了一个凑合能够的数字了。而拍摄宇宙的这个过程，其实就是一个：“发射空间望远镜到特定区域拍摄来制作宇宙模型”—“通过模型确定空间探测器道路”—“发射空间探测器了解特定区域情况”这样一个循环过程，像素只是其中最为细枝末节的一环，不需要太在意。

来点阴谋论 望远镜来拍地球

    在笔者的上一页笔者曾经提到过一个东西，那就是间谍卫星，既然空间望远镜分辨率那么高，如果我们将它反过来冲着地球，是否能拍摄到非常清晰的地球画面呢？答案毫无疑问是肯定的，而且绝对会清晰的超乎你想象，那么为什么没有人这么做呢？

间谍卫星本质上与空间望远镜并无区别 技术上共同点甚多

    原因太简单了，空间望远镜是一个大家都看着的东西，你直接给他反过来，岂不是吃果果的招仇恨吗？但是这可不代表大家没有做这种事情，这里边有一个很关键的点，那就是空间望远镜与间谍卫星的技术有着诸多共通之处，这也是诸多国家的航空航天部门一直下大力气研究空间望远镜的原因。

我们经常使用的卫星图 本质上就是间谍卫星的民用化

    就拿我们非常熟知的洛克希德马丁（以下简称洛马）公司来说吧，洛马为美国政府制作了哈勃为首的诸多太空观测设备，但是洛马也在同时制造诸如KH-11（还有不被官方承认的KH-13）间谍卫星，这些卫星运用了很多空间望远镜的技术，而且隐蔽性更强，轨道更低，可以更加清晰的观测到地面上的物体。所以说没有人用只是因为不需要用，谁让我们有更好的替代品呢。

并没有今天 一切已经是历史

    今天要说的东西也就到此为止了，原谅笔者在题目中耍了一些诈，想要了解我们的宇宙，其实像素根本什么都不算，摆在我们面前的难题实在太多。而笔者所讲的望远镜还是传统的类光学式望远镜，而对于现代天文学观测来说，射电望远镜已经成了相当程度的主流，由于射电望远镜可以更为精确的探测到天体射电的强度、频谱及偏振等量，成本相对较低，而且没有球差、慧差、色散等等，所以在某些情况下更为实用。

国内已经有了相当规模的射电望远镜供科研之用

    而我们的中国，虽然还没有真正意义上的空间望远镜（硬X射线调制望远镜计划已经从2010年推迟到了2015年升空，不知道是否还有变化），不过已经有一定规模的射电望远镜了，所以在天文研究方面也可以算是不落后于发达国家太多。

    其实有一点笔者一直没有说，那就是我们通过望远镜所看到的东西，其实早就是过去时了，以目前人类的技术，恐怕在相当长的时间内，谁让我们离附近的星星，最短的半人马座比邻星也有4.22光年的距离，我们一切所看到的都是这个宇宙的过去，而我们所做的一切，很可能在外星人眼里也只是过去。

离我们最近的半人马座也有4.22光年 想要到达显然是不太可能得事情了

    笔者充其量算一个酱油级的天文爱好者，但是总归平时还是会看一些这方面的东西，所以在文章当中难免会有一些技术上的疏漏，如果您有什么意见或建议也请在文章下留言，使用 @作者 功能可以在第一时间得到的反馈，笔者不胜感激。

附：我的征途是星辰大海

    其实我与天文结缘的理由很奇怪，甚至说很扯淡。我愿意试着去了解一些天文学上的东西，还是在那遥远的小学4年级时候看到的一本小说——《银河英雄传说》。小说的作者 田中芳树 是“架空历史小说”的代表人物，也是有名的一定要所有主人公都挂掉的文坛怪杰，更是一个把自己政治理念无处不在融合在小说中的大作家。

银河英雄传说不仅拥有诸多外传 也被改编成了漫画、动画、游戏、舞台剧、歌剧

    当然田中芳树怎么样其实不重要了，银河英雄传说的故事开始于2801年，那时候超高速航行已经成为现实，地球也逐渐衰败，人类逐渐移出地球，占领其他的星球作为生存地。整个宇宙有相当大的面积都掌握在人类手里，在这样的背景下战争也应运而生。

    对于仍然处于小学的我来说，这部小说最深刻的印象就是那些对于未来的美妙幻想，比如超光速飞行和空间跳跃，比如在宇宙环境中真正意义上的3维移动与战斗体系。一旦我们人类跳出了地球，跳出的引力的束缚，那么迎接我们的世界会多么广阔呢？

作者田中芳树也早就是大叔级人物了 作品贯穿了他对历史与政治的了解

    我想因为一本小说去关注天文这种幼稚的行为恐怕会引来很多人的发笑吧，也许也正是因为他只是一本小说，也就导致了我对这些知识浅尝辄止，没有办法更加深刻的去了解和领悟，更不要谈成为一个真正意义上的天文爱好者了。

    人的一生不过百年，我想我这辈子是看不到我们在宇宙中翱翔的美景了，不过我们的地球的确只有那么大，在21世纪环游地球一圈绝对不是什么太难的事情了，只要有时间就可以做到，但是奔向宇宙仍然是难中之难，不过哪怕如此，仍然有无数人愿意为此去付诸终身的努力。

    最后的最后，还是以那句莱因哈特最经典的台词作为结尾：“我的征服是星辰大海”，愿每一个为天文付诸终身的人，都能找到自己心里最美的那一颗星星。

宇宙究竟有多大，470亿光年真的是尽头吗？我们对于宇宙的了解真的又有多少呢？摆在我们面前的无数疑问，终究有一天会解开。