目前科學家搜索地外生命主要有三條路徑。第一條是向太陽系之內(nèi)可能擁有生命的星球發(fā)射軌道探測器、登陸探測器、漫游車、以及飛掠探測器；第二條是對我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的遙遠系外行星展開進一步分析，希望能找到一些生物特征、或至少找到一些與生物有關的蛛絲馬跡。第三條則是尋找技術特征，比如由智慧文明創(chuàng)造的非自然信號。除此之外，還有些人甚至在尋找地球上已經(jīng)出現(xiàn)外星人的證據(jù)，不過這類研究的科學價值頗受爭議。

▲這顆想象中的類地行星是一顆巖質行星，擁有稀薄的大氣，位于恒星宜居帶內(nèi)。行星上有海洋、大陸和云層，地表還可能擁有宏觀生命形式。要想從幾光年之外觀察它們，必須要有一臺巨大無比的望遠鏡才行。

但如果我們強烈懷疑，宇宙中也許不僅存在外星人、甚至還有與人類體型相仿的外星人呢？我們能直接看見它們嗎？于是有人提出了這么一個問題：“如果我們造一臺足夠大的望遠鏡，能否看見外星人在其它行星上走來走去呢？”

▲圖為當時尚屬全新的哈勃望遠鏡于 1990 年拍攝的第一張照片。沒有了大氣的干擾，再加上哈勃的大口徑，其拍攝行星系的分辨率遠勝任何地面望遠鏡。分辨率主要取決于光線波長與主鏡直徑的比例。

盡管存在障礙，但這種設想的確是有可能實現(xiàn)的。為此，我們首先要解決以下幾個問題。

首先，對任何光學系統(tǒng)而言，最重要的一點、也是最基礎的一點都是分辨率。要想看到大小為 1 米的物體，望遠鏡的分辨率最好也能達到 1 米、甚至能看到更小的東西才行。但在使用望遠鏡時，我們關注的并非觀察對象的實際大小，而是角大小。這種角分辨率意味著，只有當物體與我們的距離處在某一范圍內(nèi)時，我們才能敏感地發(fā)現(xiàn)特定大小的物體，位于這一范圍之外的物體則不行。

你也許聽說過，望遠鏡的分辨率由自身大小決定，這在一定程度上是正確的。望遠鏡分辨率不僅取決于主鏡直徑，還取決于其觀察的光線波長。說得更準確些，望遠鏡分辨率主要由波長與主鏡直徑的比例決定。例如，詹姆斯?韋伯空間望遠鏡口徑為 6.5 米，可觀測的光線最短波長約為 550 納米，最長為 28000 納米，因此它能實現(xiàn)的最大分辨率介于短波的 0.03 角秒到長波的 1.4 角秒之間。

▲這三張圖片模擬的對象都是 NGC 3603，分別來自哈勃望遠鏡（左圖）、甚大望遠鏡（中間）、以及正在建設中的歐洲極大望遠鏡（左圖）。圖片清晰度的提高反映了望遠鏡分辨率的增加。

要回答上面的問題，我們先以低地軌道上最強大的望遠鏡 —— 哈勃望遠鏡為例。以它在太空中的位置，哈勃望遠鏡能看到地球上的人類嗎？

▲這張照片由宇航員凱倫?尼伯格于 2013 年從國際空間站上拍攝。要想在國際空間站的高度上看見地球上的人類，得使用哈勃那么大的望遠鏡才行。

請你先憑直覺猜一下：能，還是不能？

好了，接下來讓我們揭曉答案。哈勃望遠鏡的主鏡直徑為 2.4 米，位于地表上方約 547 千米處。假設人的尺寸約為 1 米（從上往下看時，如果你處于直立狀態(tài)，這個尺寸就會小一些；

但如果你是躺在地上，這個尺寸就會大一些，所以我們?nèi)€平均值），轉化成角尺寸，相當于 0.000105°、或 0.37 角秒。

哈勃望遠鏡只能在可見光波段達到這樣的分辨率，所以如果我們的顏色為藍、紫或紫外光，答案就是“能看見”；但如果我們的顏色偏紅，答案就是“不一定”了。

利用可見光尋找人類再合適不過了，如果行星大氣類似于地球、可見光穿透力很強，那就更加理想。短波光線具有分辨率更大的優(yōu)勢，但行星大氣對伽馬射線和 X 射線基本是不透明的。

紫外光大部分也會被阻隔在外，如果有保護性臭氧層，阻擋效果會更加明顯。即使我們將望遠鏡送入太空，也可以借助在地球大氣中穿透力很強的這類光線搜索人類。

▲這張由尼爾?阿姆斯特朗拍攝的經(jīng)典照片記錄了巴斯?奧爾德林將美國國旗插上月球表面的情景。注意一下前景中的腳印。這些腳印從月球軌道上依然清晰可見，但地球上的望遠鏡分辨率則遠遠達不到要求。

要想用哈勃望遠鏡（或其它合適的儀器）搜索外星球上的“人類”，我們只需要弄清觀測對象離我們有多遠，就能知道要造多大的望遠鏡了。

月球

先讓我們看看離我們最近的鄰居、地球的天然衛(wèi)星 —— 月球。就行星距離來說，月球離我們比太陽系中的任何天體都要近得多，甚至近到能讓我們在月表登陸。月球圍繞地球旋轉的軌道為橢圓形，而不是正圓形，因此離地球時近時遠。位于近地點時，地月距離為 356500 千米；遠地點時則為 406700 千米。從低地軌道到月球，光線的平均傳播距離約為 38 萬千米。

▲圖為歐洲極大望遠鏡全新的五鏡光學系統(tǒng)。在進入望遠鏡內(nèi)部的科學儀器前，光線首先經(jīng)過直徑 39 米的凹面主鏡（M1）反射，然后到達兩片直徑 4 米的鏡片，分別為凸面鏡（M2）和凸面鏡（M3）。最后兩片鏡片（M4 和 M5）構成了內(nèi)置自適應光學系統(tǒng)，可以在最終的聚焦平面上形成清晰度極高的照片。主鏡由 798 片鏡片組成。

這就意味著，我們?nèi)粝胗霉^察地球時的分辨率觀察月球，望遠鏡口徑需達到 1650 米。造出這么巨大的望遠鏡堪稱壯舉，但也代價驚人。人類建造的最大的望遠鏡為歐洲極大望遠鏡，直徑 39 米，目前還在南半球施工中。其主鏡由 789 片六邊形鏡片組成，每片直徑 1.4 米。要想造出 1600 米口徑的望遠鏡，大約需要 140 萬片這樣的鏡片。

金星與火星

假如我們不想將視線局限在月球上，還想在太陽系宜居帶內(nèi)的其它行星上尋找外星生命，那就是金星和火星了。盡管這兩顆行星到地球的平均距離都超過了 1 億公里，但在圍繞太陽旋轉的過程中，它們和地球之間的距離有時會大大縮短。金星距地球最近能達到 3800 萬公里，火星則為 6200 萬公里。

如何讓視線穿透金星厚厚的云層是一項相當大的挑戰(zhàn)。我們偶爾才能在可見光下看見金星表面，即使這樣也需要云層剛好裂開一條縫才行。而火星就輕松多了，因為火星的云層和大氣都很稀薄，穿透性很強。只要沒有暴風雨，即使從很遠的地方也能看見火星表面。

按這樣的距離來算，要想看見金星表面的“人”，望遠鏡口徑需達到 161 千米，火星則為 263 千米。前者相當于新澤西的面積，后者更是和整個西弗吉尼亞相當。

木星衛(wèi)星

也許有朝一日，我們不僅能在太陽系中的巖質行星上發(fā)現(xiàn)生命，還能在氣態(tài)巨行星的某顆衛(wèi)星上發(fā)現(xiàn)。太陽系中離我們最近的氣態(tài)巨行星是木星。人們普遍認為，木衛(wèi)二和木衛(wèi)三擁有適宜生命存活的特征。與到地球的距離相比，這些衛(wèi)星到木星的距離幾乎可以忽略不計。在最靠近地球時，木星離我們“只有”5.88 億公里。

▲科學家?guī)缀蹩梢钥隙?，木衛(wèi)二冰封的表面之下有一片地下海洋，但并不清楚這層冰可能有多厚。藝術家繪制了兩張木衛(wèi)二冰殼的截面圖。在兩張圖片中，熱量都會以海底火山的形式從木衛(wèi)二的巖質地幔中逃逸出去，然后由洋流帶到地表。要想從地球上觀察到木衛(wèi)二表面與人類大小相當?shù)奈矬w，需要一臺阿拉斯加那么大的望遠鏡才行。

這樣一來，我們所需的望遠鏡口徑為 2500 公里，面積大致與美國阿拉斯加州相當。這種規(guī)模的望遠鏡已經(jīng)大到難以想象了，因為直徑已經(jīng)達到了月球的四分之三。但事實就是如此，要想從數(shù)億公里之外拍到人類那么大的物體，就是需要這種天體尺度的望遠鏡。隨著距離進一步增加，情況還會更嚴重。

▲通過這根刻度尺可以看出，有些天體離我們是多么遙遠。各個行星、柯伊伯帶、奧爾特云、以及離我們最近的恒星都在圖上。要想保持相同的分辨率，距離每增加 10 倍，主鏡直徑也要增加 10 倍。

土星、天王星、海王星和更遠的星球

土星到地球的距離約為木星的兩倍，距地球最近時為 12 億公里，望遠鏡口徑需達到 5000 公里，幾乎與土星最大的衛(wèi)星、也是太陽系中第二大的衛(wèi)星土衛(wèi)六相當。

天王星到地球的距離又是土星的兩倍，即使距離最近時也足有 25.7 億公里。望遠鏡口徑需達到 10800 公里，約為地球直徑的 85%。

海王星距地球最近時為 42.98 億公里，望遠鏡口徑需達到 17800 公里，相當于地球的 1.5 倍。

▲波江座 51b 于 2014 年由雙子座行星成像儀發(fā)現(xiàn)。它的質量為木星的兩倍，是目前拍攝到的溫度最低、質量最小的系外行星，到中央恒星的距離只有 12 個天文單位。要想拍攝到這顆行星上人類大小的物體，望遠鏡分辨率需達到目前最高水平的數(shù)十億倍。

系外行星

除非我們決定將人類送到太陽系的其它星球上，否則在這些世界發(fā)現(xiàn)自然演化出的人類的概率幾乎為零。但在太陽系以外的行星上，也許會存在與人類體型相仿的生物。

我們到最近的恒星的距離介于 4 光年至 10 光年之間，其中有些恒星的行星也許不僅宜居，甚至可能擁有類似人類大小、或者體型更大的生命形式。

要想看到幾光年之外行星上 1 米長的物體，又需要多大的望遠鏡呢？

對于離我們最近的比鄰星系中的行星，望遠鏡口徑需與地球的公轉軌道相當。對于天倉五周圍的行星，望遠鏡直徑要達到小行星帶的直徑才行。要想觀察 TRAPPIST-1 系統(tǒng)中的行星，望遠鏡需要達到土星軌道大小。這些尺寸是不是聽上去大得驚人？這大概就是為何從未有人提出直接通過望遠鏡觀察、搜索外星生命的原因吧。

▲阿塔卡瑪大型毫米波 / 亞毫米波陣列由一系列射電望遠鏡構成。該陣列的聚光能力相當于各個望遠鏡的總和，但分辨率則將望遠鏡之間的距離也算在內(nèi)。

不過，雖然可能性很小，但我們依然有可能在技術上找到解決之道。要打造一臺極大的望遠鏡，有兩點最為關鍵：一，它必須能聚光，而且聚光能力必須與表面積相匹配；二，分辨率必須足夠高，能夠將不同的物體區(qū)分開來，而且分辨率需與主鏡上能容納的波長數(shù)量相匹配。

但如果我們觀察的對象足夠明亮，聚光能力也許就不那么重要了，只需保證分辨率夠高即可。

對于超長波光線，有一種名叫特長基線干涉測量法的技巧，而這種技巧從理論上來說也可用于可見光波段。如果我們能在太陽系中建立起一個小型光學望遠鏡網(wǎng)絡，雖然其聚光能力僅為這些望遠鏡的總和，但分辨率卻可以將這些望遠鏡之間的距離也計算進去。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的如果望远镜足够大 可以直接看到外星人吗的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。