如果单凭望远镜，我们能在火星上看清人类大小的生物吗？

这是一个非常有趣且值得深入探讨的问题！答案是：单独依靠我们目前已知并且合理设想中的望远镜技术，在火星上直接看清人类大小的生物是极其困难，几乎不可能的。 让我们详细分析一下其中的原因：

1. 火星的距离和大气层

巨大的距离： 火星距离地球的平均距离大约是2.25亿公里，但这个距离会随着两者的轨道位置而变化，最近时约5460万公里，最远时可达4.01亿公里。如此遥远的距离是最大的障碍。
火星大气层： 火星拥有一个稀薄的大气层，主要成分是二氧化碳。虽然它不像地球大气层那样浓厚，但仍然会对光线产生散射和吸收作用，这会影响我们观测的清晰度。此外，火星上的尘暴也会大大降低可见度。

2. 视觉分辨率（Angular Resolution）

这是问题的核心。我们能否看清物体取决于我们望远镜的分辨率以及物体在天空中的角大小。

角大小： 想象一下你看到一个人的身高是1.7米。如果他站在你面前1米，他看起来很大。如果他站在1公里外，他看起来就小得多。在天文学中，我们用角度来衡量物体的大小。即使是人类大小的生物，在火星上，其角大小也会非常非常小。
望远镜的分辨率： 望远镜的分辨率是指它分辨两个靠近的物体各自独立的能力。它受到望远镜镜面（或主镜）直径和观测光的波长的影响。分辨率越好，就能分辨越小的细节。
计算类比： 假设我们想在火星上看清一个1.7米高的人。
我们先估算一下在最接近的距离（约5500万公里）下，这个人有多大的角大小。利用简单的三角函数（tan(θ) ≈ θ for small angles），我们可以计算出这个角度非常非常小，大约是毫角秒（milliarcseconds）的量级。
我们再看看我们现有的最强大的望远镜的分辨率。例如，哈勃空间望远镜（HST）在可见光下的理论分辨率大约是0.05角秒（arcseconds）。这已经是非常高的分辨率了。而更大型的地基望远镜（如巨型麦哲伦望远镜或欧洲极大望远镜）的目标分辨率可能达到0.010.02角秒。
即使是最先进的望远镜，其分辨率与分辨一个1.7米的人在火星上的角大小相比，也存在着巨大的差距。

3. 望远镜的类型和技术限制

地面望远镜： 地面望远镜受大气扰动（视宁度）的影响，即使它们的主镜很大，其有效分辨率也常常受到限制。自适应光学（Adaptive Optics）技术可以部分补偿大气的影响，但无法完全消除。
空间望远镜： 太空望远镜（如哈勃、詹姆斯·韦伯空间望远镜）没有大气层的干扰，可以达到其理论衍射极限分辨率。然而，即使是詹姆斯·韦伯空间望远镜，其设计目标也不是去分辨行星表面上“人类大小”的细节。它的主要优势在于其强大的红外探测能力和收集微弱光线的能力，用于观测遥远的星系、恒星和行星大气。
镜面尺寸限制： 要达到分辨火星上人类大小生物所需的超高分辨率，需要的望远镜镜面尺寸将是极其巨大的。例如，要达到1毫角秒的分辨率，在可见光波段，就需要一个直径达到数十公里甚至数百公里的望远镜。制造、发射和维护如此规模的望远镜在目前和可预见的未来都是不切实际的。

4. 光线强度和信噪比

即使我们拥有了足够高的分辨率，我们还需要足够的光线来“看到”这个生物，并且这个信号要足够强，能够从背景（火星表面）中区分出来，形成良好的信噪比。

生物的大小和反照率： 一个人类大小的生物，即使在阳光照射下，其反射的光也相对微弱。而且，我们不知道火星上的生物会是什么颜色或材质，这会影响它们反射的光量。
背景干扰： 火星表面本身也在反射阳光，如果我们想分辨出一个人形物体，需要其亮度与周围环境有足够的对比度。

5. 类比思考

月球上的例子： 即使是离我们近得多的月球，我们也很难用望远镜直接分辨出人类大小的物体。阿波罗登月任务的宇航员在月球上留下的足迹、登陆器等，用大型地面望远镜（如30米级的巨型望远镜）配合先进的观测技术，或许能勉强探测到一些宏观的痕迹，但绝不可能看清人。火星的距离是月球的数千倍。
地球上的例子： 如果你想在100公里外看清一个1.7米高的人，你需要极高分辨率的望远镜。类比到火星，距离增加了数百万倍。

可能的间接“看清”方式（但不是直接望远镜观测）

虽然直接用望远镜看清不太可能，但我们有其他方式去“了解”火星上是否有生命，并且可能在某种意义上“看到”它们：

轨道探测器和着陆器： 这是我们目前探测火星生命的主要方式。它们可以非常近距离地拍摄火星表面的高分辨率照片和视频，分析土壤和大气成分，甚至进行生命信号的直接探测。例如，“毅力号”火星车拍摄的火星表面照片已经非常清晰，可以看到岩石、沙地等细节。如果上面有一个生物，在如此近的距离拍摄，是有可能被捕捉到的。
未来的太空望远镜设计： 也许未来的超大型空间干涉仪或者专门设计用于系外行星大气分析的望远镜，能够通过分析火星大气成分的变化来推断生命的存在，但这也不是“直接看到”。
非常规的“望远镜”： 如果我们设想一种完全颠覆性的技术，例如能够探测到特定生命信号的“生命望远镜”，或者能够实现超高分辨率的某种量子纠缠成像技术，那可能会改变答案。但这些都属于科幻范畴。

总结

基于我们现有和可预见的望远镜技术水平，仅凭望远镜直接在火星上清晰辨认出人类大小的生物是不可能的。 主要障碍在于火星遥远的距离、有限的大气透明度以及需要极高分辨率（比现有最先进望远镜高出数千倍甚至更多）才能分辨如此微小目标的能力。我们的探测方式更多依赖于近距离的探测器和间接的信号分析。

人的身体宽度平均约 0.4 米，火星到地球的最近距离约 5.5e+10 米，无视大气扰动和天气现象，从火星上看到一个身体在地球上正面对着你的人，需要的最低角分辨率约 7.27e-12 rad。代入瑞利判据，对人眼最敏感的 555 纳米可见光来说，需要的望远镜口径至少约 93136.2 米——这个望远镜的尺寸大到畸形，一个人很难操作运用，但图像处理设备是大型天文望远镜的一部分。

结果，问题归结于“什么叫单凭望远镜”、你打算给望远镜多少预算、你打算看多清楚。

要在火星与地球运行到更远离彼此的位置时看到人、看到人体的细节之类，望远镜要继续加大。口径约 700 千米的望远镜可以保证在火星与地球距离最远且未被太阳遮挡、无视大气扰动的状态看到地球上正对着你的人反射的 555 纳米可见光，俯瞰需要口径约 1200 千米的望远镜，以此将眼睛和嘴分辨出来需要口径约 12000 千米的望远镜——火星直径约 6779 千米，你这个望远镜需要的技术远超人类现有的，而且属实没什么必要摆在火星上。

人类约有 260 万年历史，用电磁波手段能看到人类个体的极限距离约 260 万光年出头，此时光子世界线间的角度还远远没低到普朗克角度——是的，这玩意这就用上了^[1]。建造那么大的光学望远镜的技术远远超过人类目前所能触及。

在不要求肉眼与光路直接互动的情况下，观测红外线可以节约望远镜口径。对人体发射的红外线的波长来说，望远镜口径可以减少到上述的 7% 到 3.7% 左右——仍然非常大。

参考

1. ^ 对应长度有普朗克长度，有普朗克角度吗？ - 赵泠的回答 - 知乎 https://www.zhihu.com/question/26375107/answer/1924437714

自己动手，用瑞利判据算一下就知道了。

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