分辨率是指,分辨從不同角度射來的光的能力，所以望遠鏡的分辨率其實是角分辨率。假如我們在地球觀測天空中相近的兩顆星星，如果用肉眼觀察，也許只能看到一顆星星, 因為人眼角分辨率不足，但用合適的望遠鏡你可以觀測到兩個物體。簡而言之，分辨率就是小視場角下分辨物體的能力，能觀察到的分離角越小, 分辨率也就越高。

過去的學者已經總結了這個分離角以及觀測時的光的波長還有望遠鏡直徑之間的關系，可以用一條簡單公式來描述這種關系：

最小間隔角度 (θ) 等于一個常數乘以光的波長, 再除以望遠鏡直徑。公式中的常數決定于能接受兩個物體之間光照強度下降多少，一個廣為接受的標準是瑞利極限。這個極限下，強度衰減約為26%。如果采用瑞利極限作標準, 常數K就等于1.22。我們嘗試進行一個計算，如果望遠鏡直徑 200mm，而且觀測的是可見光譜, 波長就大概是0.5 μm，那么分離角大概是 3x10^-6 弧度，這真的非常小。

明白了這個理論，我們再來看看它的實際應用：接下來會比較幾個星體在不同望遠鏡下的觀測結果。第一臺是1000mm直徑的小觀測站的望遠鏡，然后 200mm直徑的業余愛好望遠鏡，第三個是24mm微型望遠鏡。它們都會看向距離2角秒的足夠遠的兩個星體，1000mm望遠鏡下看起來就是兩個小點，200mm望遠鏡也差不多，但是點變大了不少，最后24mm望遠鏡只能觀測到一個模糊的大白點，根本沒法看出來這其實是兩顆星星。

觀測太陽系中不同星球的表面也會受到同樣的影響。比如，24mm微型望遠鏡下觀測木星，木星的衛星已經消失而且木星的大紅斑也不怎么看的清。土星也一樣，不管放大多少倍小望遠鏡只能看到一團糊。如果不是知道土星有環，你大概還在猜測它到底是什么形狀。總結一下, 對于望遠鏡來說，直徑確實重要，大望遠鏡不僅通光量更足能看到暗物體，而且理論上角分辨率比小望遠鏡好的多。

為什么會出現這種現象？一個通常解釋是光是一種波，以惠更斯-菲涅耳原理傳播，就是解釋衍射現象的那個原理。惠更斯原理指出，對于波的傳播，波面上的每一點都是新的次級波面的波源。但惠更斯原理只描述了波的行為，卻完全沒有說明為什么會這樣。

如果真的想明白根本原因，還得看能量交換。仔細回想一下波出現的場景，你會發現總是有連續完整的從某種形式的能量到另一種形式能量的轉移。比如說經典的單擺模型，它做簡諧運動來源于它的動能和勢能之間來回的轉換。對于水面上的波也一樣，可以用動能產生水波，這個動能會和表面張力進行來回的轉換，這個過程發生在水面的每一個點上。

動能和表面張力的天然特性表明，如果沒有物理邊界，我們就困不住波。的確，在一個通道中我們可以創造平直向前的波面，但是邊界一旦消失，能量就會向波面以外的地方傳播，因為表面張力會沿表面向四面八方傳播。本質上，惠更斯原理不是指波面的每一個點會創造新的波，而是波面上每個點都會向它的臨近處傳播能量。

現在，如果我們用0.3mm直徑的顯微鏡做個實驗，我們會發現圖像邊緣有一圈圈漣漪，這是衍射所造成的。所有這些漣漪都會造成焦平面上清晰度的下降。

現在，詹姆斯·韋布望遠鏡成為了科學界焦點。它最大直徑長達6.6m，比哈勃望遠鏡2.4米要大的多。但是有一點不同，韋布望遠鏡是分塊的，每塊之間的間隔比光的波長要大的多。剛開始我很擔心這些間隔，因為每個間隔都會讓能量向錯誤方向傳播，在波面上造成漣漪。但使用一些干涉特技, 很明顯可以繞過這種現象，讓分辨率仍然只決定于直徑的總大小。綜上，這讓韋布望遠鏡的分辨率變成了哈勃的2.7倍。

韋伯望遠鏡分辨率的主要挑戰其實還是在于它的目標光譜。再看一下上面分辨率的公式，波長也很重要。韋布望遠鏡將會觀測紅外光譜，也就是比可見光波長更長的光。由于宇宙膨脹，要想看得更遠，所使用的波長就會越長。而根據公式，這會造成分辨率下降。

審核編輯：劉清