本帖最後由 WCYue 於 2023-12-2 08:45 編輯
智能望遠鏡使用者需要了解的三個影像品質限制
這篇文章是關於天文圖像解析度。我所說的解析度並不是指我們的相機、筆記型電腦或電視顯示器所指定的解析度。例如，專業攝影師的相機可能具有可產生 100 兆位元組（100 MB）影像的成像晶片。或者，筆記型電腦的分辨率規格可能是 2560 x 1664 原始分辨率，每英寸 224 像素。這些類型的解析度規格描述了設備中使用的像素總數。這與天文圖像中「分辨率」一詞的使用不同。
天文解析度與總像素數不同
這裏有一些數學知識。需要用計數機來計算我們智能望遠鏡中解析度的一些光學限制。這些數字對於描述我們可以成像的實際限制是必要的，並且它們提供了一種判斷不同望遠鏡及其 CMOS 成像晶片的方法。
數學計算以確定兩個重要的數量：
1. 望遠鏡的杜氏極限（Dawes‘ Limit），這是其所能達到的分辨率的理論極限；
2. 望遠鏡的核心成像晶片的像素取樣（pixel sampling），這是系統可以記錄的最佳解析度。
最後，介紹一種處理第三個約束的方法，即我們必須處理的大氣視寧度（seeing）。
但首先，讓我們先澄清一下我們將要使用的尺寸單位。在視覺天文學中，我們不直接測量米、英尺、英里甚至光年等線性距離。相反，我們總是在測量天空中的角度。大多數人都知道度數，例如圓的 360 度，但並不是每個人都熟悉我們將使用的最小單位弧秒（arc second）。
弧秒 — 我們的基本角度單位
我們的最終結果將以弧秒表示。這不是時間單位，儘管術語中包含“秒”。角秒確實是地球望遠鏡天文成像的實用基本單位。弧秒是弧分的 1/60。一弧分是度數的 1/60。因此，一角秒等於 (1/60)^2 = 1/3,600 度。這等於度數的 0.027%。這確實是一個很小的角度！
憑藉 20/20 的視力，人眼可以感知（分辨）小至約弧分的角度。例如，從 100 公尺外看，籃球的角寬度約為一弧分。我們大多數人都能看到球。然而，我們需要望遠鏡來測量角秒的角度，因為我們的肉眼無法分辨那麼小的角度。同一個籃球上的 5 毫米高的字母所對的角度約為弧秒。但是，我們的望遠鏡當然可以放大這個籃球，這樣我們就可以輕鬆地閱讀上面寫的內容。當我們充分利用智能望遠鏡時，我們經常會在這些以弧秒為單位測量的微小角度上遇到效能限制。
首先回顧一些天文目標的角大小（以角秒為單位）是很有用的。宇宙是一個非常大的地方，其中的物理尺寸變化很大。從地球上看到的物體的角度大小取決於物理尺寸和到物體的距離。這就是為什麼我們在望遠鏡中感知到的角大小範圍可能相當寬。以下是從我們在太陽系中的位置看到的一些近似角度大小。
請注意，從這裡開始，我將使用引號“表示弧秒，使用單撇號'表示弧分。
> 太陽和月亮 —> 各約 30’寬
> 火星 —> 3.5” 至 25”
> 土星 —> 14.5” 至 20”
> 冥王星 —> 0.06” 至 0.11”
> 半人馬座阿爾法星 -> 0.007”（即使是哈勃太空望遠鏡也無法解決這個問題。）
這是一張月球與火星合在一起的照片，這樣我們就可以看到這兩個太陽系近鄰可以顯示出多大的角度範圍。
火星合月球時按比例繪製的合成影像。由《天空與望遠鏡》雜誌的肖恩沃克（Sean Walker）拍攝。
我們大多數的深空天體都比我們在太陽系中觀察到的所有物體都要大得多，除了太陽和月亮。以下是一些深空範例：
> M57 又稱環形星雲 -> 65” 或略高於 1'
> M13 又稱大力士星團 -> 20'
> M42 又稱大獵戶星雲 -> 1 度 x 1.5 度
> M31 仙女座星系 -> 3 度 x 1 度
為了使這些角度大小完整，這裡有一張影像，顯示如果月球在天空中的路徑能夠直接從 M31（仙女座大星系）前面經過，月球會出現多大。
月球實際上更近 (2x10^6 x 3.15^7)/1.3 ~ 48,000,000,000,000！
關於單位的序言的第一個收穫是，它幫助我們理解為什麼我們的智能望遠鏡在處理大型、有角度的梅西耶天體方面表現出色，而在處理行星細節方面卻不太出色。存在著巨大的角度尺寸差異，行星細節需要極高的天文分辨率，目前的智能望遠鏡無法真正實現。
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發表於 2023-12-2 08:00:05