其次，物体不同部位发出的光会彼此成一定角度，在视网膜上成像也不是两个点，而是两个光斑，称为爱里斑，这是由于衍射原因造成的。

假如两条光线的夹角太小，光斑距离就会特别近，如果它们的圆心距离小于半径，我们的眼睛就无法区分它们了。看起来两条光纤重合，发光物体就变成了一个点。

英国卡文迪许实验室主任、第三代瑞利男爵仔细研究了这个问题。

他指出：只有两条光线之间的夹角θ与衍射孔径D和光的波长λ满足入下关系时，光线才是可分辨的

这个关系称为瑞利判据。

例如：人的眼睛对550nm的绿光最为敏感，虹膜直径大约5mm，这样一来人的眼睛最小可分辨角为

如果光线夹角小于这个值，我们就无法分辨它们。遥远的星星不同部位发出的光进入眼睛时夹角太小，所以大部分的星星看起来都是一个点。为了增大这个角度从而看清远处物体的结构，我们也需要望远镜。

几百年前，人类就开始制作望远镜了。比如，伽利略就制作了一台可以放大33倍的望远镜，并用它观察到了月球表面的环形山和木星的卫星。

伽利略的望远镜使用了一个凸透镜和一个凹透镜。凸透镜的焦距长，凹透镜的焦距短，并让二者共焦点。平行光线进入物镜后向焦点汇聚，但是到达焦点之前被凹透镜恢复成平行光，实现了宽平行光变为窄平行光，光线被加强了。同时，如果入射光原本相对于眼睛的夹角比较小，经过望远镜后角度会被放大，于是人的眼睛就可以分辨了。

天文学家开普勒也发明了自己的望远镜，开普勒式望远镜使用的是两个凸透镜，也让他们共焦点，它也能够实现光线的加强和角度的放大。所不同的是，开普勒式望远镜所成的是倒像，但是这对于天文观测来讲并没有带来太大的麻烦。

折射式望远镜的缺点在于存在视差，有时候会模糊不清。为了克服这个缺点，牛顿发明了反射式望远镜。

它通过一个凹形反光面收集光线，再利用平面镜反射和凸透镜会聚实现光强和角度的放大。

不过，无论是折射式望远镜，还是反射式望远镜，都存在一个问题：它的观察通过肉眼和可见光进行，可见光的波长短，容易被大气散射，到达地面上的光微弱而不稳定。如何解决这个问题呢？人们有两种方法：

第一，既然大气散射造成了这个问题，那么就到大气外面装一个望远镜好了。于是哈勃望远镜问世了。人们躲开了大气的散射，看到了许多从未见到的景象。

第二，既然可见光会被大气散射，我们还可以使用波长较长的红外线或微波进行观测，它们更容易穿透大气层。于是，人们就发明了射电望远镜，它的基本原理与牛顿的反射式望远镜类似，只不过使用的电磁波是红外或微波。宇宙中许多物质发光并不是可见光，只有通过射电望远镜才能观察到它们。

无论是眼睛、光学望远镜还是射电望远镜，都要满足瑞利判据。而且，根据瑞利判据，最小分辨角θ=1.22λ/D，射电望远镜使用的电磁波波长λ比可见光更大，此时必须增大它的口径D，才能分辨出很小的角度。所以世界各国都在争向建设大口径的射电望远镜。例如贵州建设的500米口径球面射电望远镜（FAST），工作波长在0.1m左右，口径达到了500米。这么大面积的射电望远镜可以汇聚宇宙中微弱的电磁波，同时也可以分辨更小的角度。

如果用FAST观察黑洞，能不能做到呢？

比如，我们这次拍照片的黑洞是室女座的M87中心黑洞，它的直径大约1000亿公里，距离我们5500万光年。

经过计算我们可以得出肉眼观察时黑洞张角

显然，这么小的角度用肉眼是肯定分辨不开了。观察黑洞的射电望远镜工作波长大约λ=1.3mm，我们将角度和波长代入瑞利判据，可以得到望远镜口径的最小值：

也就是说，这个望远镜的口径至少要8000公里！地球的半径只有6400公里，怎么去建设这么大的望远镜呢？

科学家总有办法。既然一个望远镜达不到这么大口径，我们可不可以使用多个望远镜达到这个目的呢？

比如，一个望远镜口径不够，我们可以用两个相距一定距离的射电望远镜组成网络，它就相当于一个“镂空”的反射式望远镜。这样二者之间的距离就相当于“镂空”望远镜的口径了。

按照这个思路，人们组织世界各地的射电望远镜组成了“甚长基线干涉望远镜网络”VLBI，把地球变成了一个巨大的反射式望远镜。

不仅如此，科学家们还设想：如果伴随着地球围绕太阳的公转，这个VLBI的虚拟望远镜口径甚至可以达到地球的公转轨道那么大，我们终于能够看到更加遥远的宇宙了。

文章来源：《红外与激光工程》 网址: http://www.hwyjggczzs.cn/zonghexinwen/2022/1208/878.html