韋伯與哈伯望遠鏡到底誰比較厲害？

韋伯與哈伯望遠鏡到底誰比較厲害？韋伯太空望遠鏡最近公佈了首批的科學影像，終於看到敲碗好久的結果，韋伯的影像中顯示許多以前沒看過的東西。

有人說韋伯是哈伯的繼任者，大家可能好奇，韋伯和哈伯到底誰比較強？

這個問題有點難回答，因為兩部望遠鏡都是當代科技的結晶。哈伯是1990年升空的王者，韋伯是30年後科技進步下的產物，我試著用客觀的方式來比較這兩部太空望遠鏡。

哈伯vs.韋伯

哈伯的主鏡直徑是2.4公尺，韋伯則是6.5公尺，韋伯的主鏡直徑比哈伯大2.7倍，這也是大家最常比較的部分。如果主鏡大就比較厲害，那麼夏威夷大島上的凱克10公尺望遠鏡不就比哈伯和韋伯更強！？

圖：哈伯的主鏡直徑是2.4公尺（左），韋伯的則是6.5公尺（右）。影像來源維基百科

哈伯與韋伯觀測的波段不同，用途也不一樣。哈伯主要觀測的波段在可見光，可見光是指人類眼睛可以看見的光或顏色範圍，也就是紅、橙、黃、綠、藍、靛和紫。從紅光到紫光，光的波長由長到短，紅光的波長大約是0.62–0.74微米（1微米＝0.001公釐），紫光的範圍則是0.38–0.45微米。

紅外光是指比紅光波長更長的光，也就是波長比0.7微米更長，這是韋伯望遠鏡主要觀測宇宙的波段。

哈伯和韋伯太空望遠鏡觀測的波段，一個在可見光，另一個在紅外光，所以在功用上本來就不一樣，如果要比較的話就要小心，不然就像拿橘子跟蘋果相比，拿不同的東西做比較顯得很突兀。

哈伯和韋伯哪個解析度高？

哈伯與韋伯可以拿來做比較的是解析度，解析度的值（角秒）愈低，表示能看到天體愈細微的部分，解析度跟主鏡直徑和觀測的波長有關。望遠鏡主鏡愈大，解析度愈好；另外也跟觀測的波長成正比。

解析度（角秒）∝0.25*觀測波長（微米）／主鏡直徑（米）

以下兩張影像分別是史匹哲太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope）和韋伯拍的天空中同一區域紅外光影像，拍攝的紅外波長也差不多（史匹哲：8微米，韋伯7.7微米），不過兩幅影像的解析度卻差很多，韋伯的影像中可以看到更多的細節，史匹哲則好像糊成一團。

史匹哲與韋伯望遠鏡的影像解析度比較，顯然韋伯的影像解析度高很多。影像來源NASA

當觀測的波長一樣時，解析度跟觀測望遠鏡的主鏡直徑成反比。史匹哲的主鏡是0.85公尺，所以韋伯的解析力是史匹哲的6.5/0.85=7.8倍！主鏡的大小直接反應在解析度上，韋伯與史匹哲在解析度上高下立判！

解析度除了跟主鏡的直徑成反比，也跟觀測的波長成正比。所以同一面主鏡觀測天體，用愈短的波長觀測解析度愈好。下圖是史匹哲望遠鏡觀測M81星系的結果，同樣0.85公尺的主鏡觀測，隨著觀測波長的增加，解析度變差。

史匹哲望遠鏡拍攝的M81星系，拍攝的波段是24（上）、70（中）、160微米（下），拍攝的波段愈長，解析度愈差。影像來源NASA

解析度還跟主鏡鏡面有關

前面提到解析度跟主鏡直徑與觀測波長的關係有一個重要前提，主鏡必須研磨到完美、光滑，也就是主鏡上不能出現高低起伏。如果主鏡不完美，像遊樂場裡的哈哈鏡，不能聚焦成像，解析度自然不好。

波長愈短對鏡面的要求愈高。哈伯太空望遠鏡的鏡面對0.5微米波長更長的光是完美的，比0.5微米波長更短的光波則呈現不完美，韋伯望遠鏡的主鏡則是對2微米更長的波長是光滑的。（光學上，物理學家的說法是哈伯和韋伯分別在0.5和2微米達到繞射極限。）

哈伯和韋伯望遠鏡最佳解析度分別在0.5微米和2微米，根據前面的解析度公式，哈伯在0.5微米的解析度是0.05角秒，而韋伯在2微米的解析度是0.08角秒，結論是哈伯的解析度比韋伯稍微好一點！也就是哈伯老當益壯，一點也不比韋伯差。

史蒂芬五重星系，哈伯（左）與韋伯（右）拍攝的影像，從解析度來看兩部太空望遠鏡不相上下。影像來源NASA

從哈伯到韋伯

天文學家從1990年開始，透過哈伯望遠鏡研究宇宙，這三十年來科學家已經把哈伯的功能發揮到極致，我們對宇宙的了解很多都來自哈伯的觀測。不過這三十年的努力也讓天文學家發現哈伯不足的地方，科學家知道關鍵在紅外線觀測能力。前一代的紅外望遠鏡史匹哲無法達到需求，天文學家只能殷殷期盼韋伯。

韋伯首批公布的影像中，幾乎都是哈伯曾經拍過的天體，從科學上來說，比較可見光和紅外影像資料可以對目標天體更多了解，不過我認為這應該是韋伯對哈伯致敬的方式，感謝哈伯三十多年的貢獻！

韋伯站在巨人的肩膀上，必定能看得更暗、更遠！