以半个地球为代价打造巨大射电望远镜能否「望」穿宇宙

　　提问：假如未来，人类遇到了必须这么做的情况下，且不惜一切代价，运用一切科技解决了面临的所有问题，建成了这个可以正常使用的超级望远镜，假如地球依然正常运转，人类有可能“望”穿宇宙吗？能否洞悉宇宙的奥秘？

　　即便是地球大小的射电望远镜，能看清一个人的最远距离也仅仅只有110万公里，仅相当于地球轨道半径的1/135，月球轨道的3倍。

　　你要“看穿”可观测宇宙，只要求看清太阳直径那么大的范围，都需要3000万倍地球大小的射电望远镜。

　　很多人应该都有这样的经验，当用不同形状的小孔对着光源，把光斑照射在墙壁上，孔越小，光斑的形状也就越模糊。

　　可以看出，天文望远镜的分辨率只和它的口径有关，这是因为口径越大所能收集的光越多，成像质量也就越好。放大倍数并不影响分辨率，但放大倍数上限被口径大小所限制。

　　所以，人类用大型天文望远镜观察月球的时候，分辨精度通常在100~200m，最多只能看到山和陨石坑，网上流传的一些所谓外星人影像，一眼假的根本原因便在这里。

　　也就是说，地球这么大的光学天文望远镜，要看到1米精度，也仅仅只能看到土星和天王星之间。对于天文尺度来说，距离其实相当有限。

　　由于角分辨度的大小与波长成正比，因此要达到和光学望远镜相同的精度，射电望远镜口径就需要至少增大2000倍。

　　考虑到射电望远镜的不同用处，观察时需要不同电磁波，就注定了一些射电望远镜的精度比较低，最高需要口径增加2000万倍以上，才能相当于光学望远镜的精度。

　　氢原子占宇宙的90%以上，宇宙中分布中大量的星云，这些星云发射的电磁波频率1.4GHz，要“看穿”宇宙，不看这些星云完全过不去。这大约相当于0.21m波长的电磁波。也大约需要增加40万倍口径，才能相当于光学望远镜的精度。

　　人的正常瞳孔直径，通常在2~4毫米左右，夜间会稍大一些，可以达到5~7mm。人眼角分辨度大约相当于哈勃（口径240cm）的1/500。然而人眼的角分辨度却相当于1.4GHz射电望远镜2000米口径。

　　世界最大射电望远镜中国天眼FAST，口径500米，在脉冲星观察上非常的牛，然而角分辨度仅仅只有人眼的1/4。（当然，这本身是光波长所限制，并不是说人眼牛或者FAST不行。如果人眼能看到1.4GHz电磁波，那反而只有FAST精度的10万分之一了。）

　　天眼的角分辨度并不高，重点在于看到人眼所不能。在宇宙起源、天体结构、极端环境物质规律的观察发挥着无比重要的作用。

　　大尺度的甚长基线阵列，弥补了射电望远镜的精度劣势。虽然相同大小口径的精度仅仅只有光学望远镜的数万分之一，但建个10公里的阵列，就能媲美光学望远镜的精度。

　　如果把1000公里外的射电望远镜阵列再联合起来，构成更大的阵列，那么精度就可以超过光学望远镜的100倍以上。

　　但我们也必须注意到，和地球级大小的光学望远镜相比，地球级大小的射电望远镜依旧具有数万倍的差距。

　　人类观察到的第一个黑洞的照片，5500万光年外的M87*黑洞，所用的便是遍布全球的8个毫米/亚毫米波射电望远镜。为了观察这个黑洞，科学家已经尽可能用了最高角分辨度的射电望远镜（电磁波）。

　　M87*黑洞的视界半径不到分辨精度的1/2，这也是为什么人类得到的首张黑洞照片会如此的“高斯模糊”。

　　容易计算出，这个地球大小的射电望远镜，要能看清楚一个人的距离大约是110万千米，非常接近太阳的直径，只有地球轨道半径的1/135，月球轨道的2倍，这比宇宙级别小得太多了。

　　精度要求低到地球直径，也只能看到1光年外，相当于太阳系外围大小。仅仅只是太阳系到M87*黑洞距离的1/5500万。

　　即便我们认为题主所谓的“看穿”，仅仅只是500亿公里的低精度，都需要800多倍地球级大小的射电望远镜，相当于8个太阳大小。

　　如果精度提高，你需要看清可观测宇宙边缘史蒂文森2-18这种级别的恒星（2158倍太阳直径），需要的射电望远镜大小，则相当于130个太阳大小，略大于地日轨道距离（1天文单位）。

　　要看清太阳这种级别恒星（直径1.392×10^6 km），则需要3000万倍地球大小的射电望远镜，接近太阳的30万倍大小，2600个天文单位。相当于太阳日球层（狭义上的太阳系大小）大小的26倍。

　　要看清地球这种级别的星球，则需要33亿倍地球大小的射电望远镜，相当于28万个天文单位，约相当于4.5光年，相当于等于整个奥尔特云直径（广义上的整个太阳系大小）大小的2倍还多。

　　这意味着，人类和三体人合作，我们的射电望远镜和它们的射电望远镜联合，一起形成阵列，才能看到宇宙边缘地球这种级别的行星。

　　如果要看清一个人，需要4500万光年大小的射电望远镜，相当于银河系与仙女座的20倍距离，450个银河系，已经非常接近地球到M87*黑洞的距离。

　　如果你想要看清0.5mm的圆珠笔芯，则需要900亿光年大小的射电望远镜，几乎等于可观测宇宙的直径。

　　也就是说，哪怕仅仅对于整个可观测宇宙来说，在宇宙边缘，你即便设计出最大的射电望远镜，能看到的最高精度，也不会超过0.5mm。

　　然而，以上计算仅仅用的1mm的电磁波，如果用氢原子1.4GHz的0.21m波长电磁波，宇宙级大小的射电望远镜也仅仅只能看清一只猫。银河系大小的射电望远镜，能约莫看清北京城。如果囊括所有类型的射电望远镜，宇宙级也只能看清一栋小楼，银河级则只能看出中国轮廓。

　　实际上，宇宙中存在大量的星体活动，各种电磁干扰、射线干扰，还有星云遮挡，类星体遮挡。再加上不同物质发射出不同频率的电磁波……即便你真的制造出了宇宙级的射电望远镜，看整个宇宙也相当于走屏障林立的夜路，你拿着手中的蜡烛，不仅试图看穿整个黑夜，还意图看清楚所有的细节。

　　即便科技树对人类无限开放，打造宇宙级的望远镜，人类都无法做到看穿整个宇宙，更不用说地球级的射电望远镜了。