前文回顾
在上一篇文章《天文照片里星云色彩斑斓，现实中为何看不见彩色星云？视觉剖析篇》里，我分析了为何我们的肉眼无法看见彩色的星云，原因在于我们用于分辨颜色的视觉细胞——视锥细胞的感光能力相对较弱，在光源的光强不足的情况下，无法感光产生视觉信号，最终视觉经由更敏感的视杆细胞成像，而由于视杆细胞只有一种，无法感应颜色，因此在无法提供足够光强的情况下，我们无法看到星云的颜色。
（视觉系统 ，图源anatomy-medicine.com）
通过大口径的天文望远镜可以看见彩色的星云吗？
众所周知，天文望远镜通过巨大的物镜进行集光，并聚焦到目镜上，我们通过目镜观测，理论上能比通过瞳孔集光的裸眼观测，增加n倍的集光能力！那么是不是只要天文望远镜的物镜足够大，就能使我们的眼睛获得足够的光强，从而激活视锥细胞看见星云的色彩？很遗憾，一个比较反常识的事实是：并不能……
我一开始对此表示极度不理解，望远镜增加了那么大的集光面积，怎么可能还没有足够的光强激活视锥细胞？事实上原因就在于天文望远镜在增加了集光面积（物镜口径决定）的同时，也提高了有效放大倍率，而提高放大倍率也就增大了成像时天体的视面积，最终你会发现，集光面积的增加与视面积的增加是同步的，结果就是单位面积的光强并没有增加……也就是说，增加天文望远镜的口径并不能增加星云单位面积的光强，光强不增加，视锥细胞就依然看不见……
（折射望远镜光路，图源：cosmicpursuits.com从伽利略博物馆）
聪明的同学可能马上会想到，不增加望远镜放大倍数不就OK了吗？也就是增加天文望远镜的口径，但保持放大倍数不变，这样集光面积增加，但视面积不增加，单位面积的光强不就增加了吗？这时就涉及到望远镜的结构问题了。大家看上图，这时最简单的折射望远镜结构，其它望远镜原理上大同小异，都是平行光通过物镜后聚焦，然后又通过目镜恢复成平行光，进入物镜的平行光直径就是望远镜的口径，而离开目镜的平行光直径称为出瞳直径。这个出瞳直径是有讲究的，当出瞳直径=我们的瞳孔直径时，我们能完全获得望远镜收集到的光。而当出瞳直径大于我们瞳孔直径时，望远镜将损失部分集光能力，因为它收集的部分光线无法穿过瞳孔进入我们的眼睛。
出瞳直径的计算公式是：出瞳直径=物镜口径÷放大倍数。根据公式，望远镜口径和放大倍数必须同步变化才能保持固定的出瞳直径，因此当我们增加望远镜口径的同时增加望远镜的倍率，才能最大限度地利用望远镜的光学性能。这也就意味着，我们无法通过增加天文望远镜的口径来增加星云的单位面积光强，也就无法让我们的视锥细胞看到色彩。
大口径天文望远镜有什么意义？
既然口径再大的天文望远镜都无法让我们看到星云的颜色，那要它有什么用？那用处就实在太多了，比如对于恒星这样的点光源，增大口径并不会增加其视面积，因此更大的口径将大大增加恒星的光强，结果就是我们能看见许多本来肉眼看不到的恒星。
（星空，图源：NASA）
同时可以高倍放大能放大观测一些星团，还有太阳系内的行星，如木土天海四大气态行星，土星环、木星云带、大红斑、月球撞击坑……可以说拥有一台口径足够大的天文望远镜是一个天文爱好者的福祉。
（土星，图源：NASA）
大口径望远镜好是好，但昂贵的价格让很多天文爱好者望而却步，不过幸运的是除了一些开放的大型天文台，还有越来越多的大、中、小学校自建科普天文台。
结语
作为一位天文爱好者，我希望国内的天文台越多越好，让孩子们从小就能接触天文宇宙，仰望星空，脚踏实地。
我是星宇飘零，关^_^注我，和你分享更多有趣科学知识。
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