哈勃望远镜能分辨出除了太阳以外的任何一颗主序星的表面吗？
这是一个很有趣的问题，涉及到我们对望远镜能力的理解。简单来说，对于除了太阳以外的任何一颗主序星，哈勃望远镜都无法直接分辨出其表面细节，比如我们想象中的行星表面那样，看到山峦起伏或者海洋荡漾。
为什么呢？让我们一步一步来拆解这个问题。
首先，我们需要明白“分辨出表面”在天文学语境下意味着什么。当我说“分辨出表面”时，我指的是能够看到构成恒星的物质（比如等离子体）在不同区域呈现出差异，就像我们在地球上用肉眼看到太阳表面上的黑子一样，或者通过更先进的设备看到太阳表面的颗粒状结构。
哈勃望远镜无疑是人类有史以来建造的最强大的太空望远镜之一。它凭借其优异的光学性能和位于地球大气层之外的优势，为我们带来了无数令人惊叹的宇宙景象。它能够捕捉到遥远星系的光芒，分辨出星系中的恒星团，甚至能够观测到行星大气层的成分变化。
但是，当谈到分辨其他恒星的“表面”时，我们遇到了两个主要的挑战：
1. 极端遥远： 即使是离我们最近的恒星，比如半人马座的比邻星（Proxima Centauri），距离我们也有大约4.24光年。这在宇宙尺度上是很近的距离，但对于观测细节来说，它仍然远得令人难以置信。想象一下，你从地球上看着一个远在几百公里外的路灯。即使你有非常好的望远镜，你也只能看到一个亮点，而不可能看到路灯灯泡的灯丝结构或者灯罩的细节。恒星要比路灯亮得多，但它们也比路灯远了亿万倍，而且本身的物理尺度也远超路灯。
2. 角度分辨率的限制： 任何望远镜的分辨能力都受到其光学孔径（主镜的直径）和所观测光的波长的限制。哈勃望远镜的主镜直径为2.4米。虽然这个直径在地面望远镜中不算小，但在我们想要“看到”遥远恒星表面细节的尺度上，它仍然显得不足。
角度分辨率可以用瑞利判据（Rayleigh criterion）来粗略衡量，它告诉我们望远镜能够区分开两个非常接近的物体的最小角度。对于可见光，哈勃的理论极限角度分辨率大约是0.05角秒（arcsecond）。一个角秒是圆周的1/3600度。即使是0.05角秒，对于我们想要看到的恒星表面细节来说，也相当于在地球上看着一个硬币在数千公里的距离上还能分辨出它的边缘。
现在，我们来思考一下，即使哈勃能够达到其理论极限，它能够分辨出其他恒星表面的什么？恒星的表面并非一个光滑的平面，而是由滚烫的等离子体构成，上面有我们所说的恒星黑子、日珥、耀斑等活动。这些结构虽然在恒星本身尺度上很大，但相对于恒星与我们之间的巨大距离来说，它们在天空中所张开的角度是极其微小的。
以太阳为例，太阳的直径大约是140万公里。即使是太阳表面的一个非常大的黑子，也可能比地球直径还要大。但因为太阳离我们很近（只有大约1.5亿公里），所以它的角直径约为32角分（arcminute）。32角分换算成角秒就是 32 60 = 1920 角秒。这已经是一个相当可观的角度了，所以哈勃（以及地面上的许多大型望远镜）能够非常清晰地看到太阳表面的细节。
但我们再看看最近的恒星比邻星。虽然它和太阳一样是恒星，但我们不知道它的大小和表面活动情况是否与太阳相似（它是一颗红矮星，比太阳小得多）。但即使我们假设比邻星的角直径也有太阳那么大（实际上它要小得多，可能只有太阳的1/7），它在天空中的角直径大约只有 32角分 / 7 ≈ 4.5 角分，也就是 4.5 60 = 270 角秒。而哈勃的极限分辨率是0.05角秒。
请注意，这里存在一个误区：我们不是要分辨恒星的“角直径”本身，而是要分辨它“表面”的细节。即使一颗恒星的角直径很大，如果它非常遥远，它表面的某个结构（比如一个像地球一样大的区域）在天空中张开的角度会非常小。
举个例子：一颗恒星距离我们100光年。如果它的大小和太阳一样，那么它在天空中的角直径大约是0.009角秒。这个数字已经非常非常小了，甚至比哈勃的极限分辨率还要小得多。而这只是一个非常粗略的估计，实际情况要复杂得多。恒星的角直径随着距离的增加而迅速减小。
那么，哈勃望远镜能“看到”什么关于其他恒星的信息呢？
虽然哈勃无法直接“看到”其他恒星的表面细节，但它通过它的高灵敏度和光谱分析能力，为我们提供了关于这些恒星的宝贵信息：
光谱分析： 哈勃能够分析恒星发出的光的光谱。通过光谱，我们可以得知恒星的化学成分、表面温度、表面重力、运动速度以及是否存在磁场等。这些信息都是间接推断恒星性质的重要依据。
光度测量： 哈勃可以精确地测量恒星的亮度，这有助于我们了解恒星的能量输出。
恒星演化研究： 通过观测不同距离、不同演化阶段的恒星，哈勃帮助我们构建了恒星的演化模型。
特殊事件： 对于一些发生特殊事件的恒星，比如红巨星膨胀到一定程度，或者超新星爆发的早期阶段，它们在天空中张开的视角会比平常大很多，哈勃可能能够捕捉到一些边缘的模糊细节，但这仍然不是我们通常意义上说的“分辨表面”。
一些特殊的间接方法：
值得一提的是，科学家们也在尝试通过一些巧妙的间接方法来“模拟”我们看到恒星表面的效果。例如：
干涉测量（Interferometry）： 这是一种技术，通过组合来自多个望远镜（无论是在地面还是太空）的光线，来模拟一个更大口径的望远镜。通过干涉测量，科学家已经能够测量一些非常接近的巨型恒星的角直径，甚至推断出它们的表面是否存在一些大的结构（例如，某些恒星比我们想象的要大得多，表面可能存在巨大的斑块）。但这仍然是在推断和模型构建的层面，而不是像哈勃直接看到太阳表面那样直接的视觉观察。
遮挡法： 当一颗恒星被另一个天体（比如月球或者一颗行星）短暂遮挡时，通过分析光线在遮挡过程中的变化，有时也能推断出恒星的角直径。
总结一下：
对于除了太阳之外的任何一颗主序星，哈勃望远镜都无法直接分辨出其表面的细节，比如黑子、颗粒状结构或日珥等。这主要是因为这些恒星距离我们过于遥远，即使是它们表面上巨大的结构，在天空中所张开的角度也太小了，远远超出了哈勃望远镜（甚至目前任何现有望远镜）的极限分辨率。
哈勃的主要贡献在于其强大的光谱分析能力和高灵敏度，使我们能够通过分析它们发出的光来了解恒星的组成、温度、年龄等重要信息，从而构建我们对宇宙中各种恒星的认识。我们对其他恒星的许多“了解”，是基于理论模型和间接测量推断出来的，而非直接的“看见”。
为什么呢？让我们一步一步来拆解这个问题。
首先，我们需要明白“分辨出表面”在天文学语境下意味着什么。当我说“分辨出表面”时，我指的是能够看到构成恒星的物质（比如等离子体）在不同区域呈现出差异，就像我们在地球上用肉眼看到太阳表面上的黑子一样，或者通过更先进的设备看到太阳表面的颗粒状结构。
哈勃望远镜无疑是人类有史以来建造的最强大的太空望远镜之一。它凭借其优异的光学性能和位于地球大气层之外的优势，为我们带来了无数令人惊叹的宇宙景象。它能够捕捉到遥远星系的光芒，分辨出星系中的恒星团，甚至能够观测到行星大气层的成分变化。
但是，当谈到分辨其他恒星的“表面”时，我们遇到了两个主要的挑战：
1. 极端遥远： 即使是离我们最近的恒星，比如半人马座的比邻星（Proxima Centauri），距离我们也有大约4.24光年。这在宇宙尺度上是很近的距离，但对于观测细节来说，它仍然远得令人难以置信。想象一下，你从地球上看着一个远在几百公里外的路灯。即使你有非常好的望远镜，你也只能看到一个亮点，而不可能看到路灯灯泡的灯丝结构或者灯罩的细节。恒星要比路灯亮得多，但它们也比路灯远了亿万倍，而且本身的物理尺度也远超路灯。
2. 角度分辨率的限制： 任何望远镜的分辨能力都受到其光学孔径（主镜的直径）和所观测光的波长的限制。哈勃望远镜的主镜直径为2.4米。虽然这个直径在地面望远镜中不算小，但在我们想要“看到”遥远恒星表面细节的尺度上，它仍然显得不足。
角度分辨率可以用瑞利判据（Rayleigh criterion）来粗略衡量，它告诉我们望远镜能够区分开两个非常接近的物体的最小角度。对于可见光，哈勃的理论极限角度分辨率大约是0.05角秒（arcsecond）。一个角秒是圆周的1/3600度。即使是0.05角秒，对于我们想要看到的恒星表面细节来说，也相当于在地球上看着一个硬币在数千公里的距离上还能分辨出它的边缘。
现在，我们来思考一下，即使哈勃能够达到其理论极限，它能够分辨出其他恒星表面的什么？恒星的表面并非一个光滑的平面，而是由滚烫的等离子体构成，上面有我们所说的恒星黑子、日珥、耀斑等活动。这些结构虽然在恒星本身尺度上很大，但相对于恒星与我们之间的巨大距离来说，它们在天空中所张开的角度是极其微小的。
以太阳为例，太阳的直径大约是140万公里。即使是太阳表面的一个非常大的黑子，也可能比地球直径还要大。但因为太阳离我们很近（只有大约1.5亿公里），所以它的角直径约为32角分（arcminute）。32角分换算成角秒就是 32 60 = 1920 角秒。这已经是一个相当可观的角度了，所以哈勃（以及地面上的许多大型望远镜）能够非常清晰地看到太阳表面的细节。
但我们再看看最近的恒星比邻星。虽然它和太阳一样是恒星，但我们不知道它的大小和表面活动情况是否与太阳相似（它是一颗红矮星，比太阳小得多）。但即使我们假设比邻星的角直径也有太阳那么大（实际上它要小得多，可能只有太阳的1/7），它在天空中的角直径大约只有 32角分 / 7 ≈ 4.5 角分，也就是 4.5 60 = 270 角秒。而哈勃的极限分辨率是0.05角秒。
请注意，这里存在一个误区：我们不是要分辨恒星的“角直径”本身，而是要分辨它“表面”的细节。即使一颗恒星的角直径很大，如果它非常遥远，它表面的某个结构（比如一个像地球一样大的区域）在天空中张开的角度会非常小。
举个例子：一颗恒星距离我们100光年。如果它的大小和太阳一样，那么它在天空中的角直径大约是0.009角秒。这个数字已经非常非常小了，甚至比哈勃的极限分辨率还要小得多。而这只是一个非常粗略的估计，实际情况要复杂得多。恒星的角直径随着距离的增加而迅速减小。
那么，哈勃望远镜能“看到”什么关于其他恒星的信息呢？
虽然哈勃无法直接“看到”其他恒星的表面细节，但它通过它的高灵敏度和光谱分析能力，为我们提供了关于这些恒星的宝贵信息：
光谱分析： 哈勃能够分析恒星发出的光的光谱。通过光谱，我们可以得知恒星的化学成分、表面温度、表面重力、运动速度以及是否存在磁场等。这些信息都是间接推断恒星性质的重要依据。
光度测量： 哈勃可以精确地测量恒星的亮度，这有助于我们了解恒星的能量输出。
恒星演化研究： 通过观测不同距离、不同演化阶段的恒星，哈勃帮助我们构建了恒星的演化模型。
特殊事件： 对于一些发生特殊事件的恒星，比如红巨星膨胀到一定程度，或者超新星爆发的早期阶段，它们在天空中张开的视角会比平常大很多，哈勃可能能够捕捉到一些边缘的模糊细节，但这仍然不是我们通常意义上说的“分辨表面”。
一些特殊的间接方法：
值得一提的是，科学家们也在尝试通过一些巧妙的间接方法来“模拟”我们看到恒星表面的效果。例如：
干涉测量（Interferometry）： 这是一种技术，通过组合来自多个望远镜（无论是在地面还是太空）的光线，来模拟一个更大口径的望远镜。通过干涉测量，科学家已经能够测量一些非常接近的巨型恒星的角直径，甚至推断出它们的表面是否存在一些大的结构（例如，某些恒星比我们想象的要大得多，表面可能存在巨大的斑块）。但这仍然是在推断和模型构建的层面，而不是像哈勃直接看到太阳表面那样直接的视觉观察。
遮挡法： 当一颗恒星被另一个天体（比如月球或者一颗行星）短暂遮挡时，通过分析光线在遮挡过程中的变化，有时也能推断出恒星的角直径。
总结一下：
对于除了太阳之外的任何一颗主序星，哈勃望远镜都无法直接分辨出其表面的细节，比如黑子、颗粒状结构或日珥等。这主要是因为这些恒星距离我们过于遥远，即使是它们表面上巨大的结构，在天空中所张开的角度也太小了，远远超出了哈勃望远镜（甚至目前任何现有望远镜）的极限分辨率。
哈勃的主要贡献在于其强大的光谱分析能力和高灵敏度，使我们能够通过分析它们发出的光来了解恒星的组成、温度、年龄等重要信息，从而构建我们对宇宙中各种恒星的认识。我们对其他恒星的许多“了解”，是基于理论模型和间接测量推断出来的，而非直接的“看见”。
网友意见
如果恒星受到某种影响，表面出现显著光度反差的话，哈勃倒是有机会捕捉到图像的——只是有机会。
哈勃望远镜的最小分辨角是0.000018度，参宿四角直径只有0.000013度。单次成像只能得到一个弥散的亮斑。
但是如果图像是稳定的或着周期性的（比如半球大面积明显变暗这种级别的变化），通过足够的拍摄和数据处理，是可以得到一个（非常模糊的）图像的。
光说太笼统了，放图片做个对比吧。参宿四角直径大约是冥王星的一半，跟卡戎接近。哈勃直接拍冥王星的效果是这样（冥王星和卡戎）。
通过不同波段拍摄合成出来的效果，很多科普书上都有，像这样：
新视野号探测器近距离拍出来是这样：
btw
“济南天文爱好者协会副会长”天文学常识不太行啊，这么明显的计算机合成图都看不出。甚至不谈“天文学”——哈勃竟然能从大角度偏离太阳系的方位拍参宿四？（第三张图）
顺便介绍一个常识，我们平时拍摄的每颗星星，其实都是光学系统弥散无数倍的光斑。如果能够精确成像的话，都是严重过曝的。要想分辨某个天体的表面细节，那背后的星空永远会是一片漆黑。无论你是几米距离拍摄宇航员，还是几十亿千米外拍摄冥王星，这个规律不会变。至于恒星更不用说了，表面光度远远超过行星。所以能够同时看清星体表面（除非天体极暗，目前手段基本不可能拍到）和浩渺星空的，不是合成图就是假想图。
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