大名鼎鼎的詹姆斯·韦伯空间望远镜，为什么连火星都拍不清楚？

在人类已发射的空间望远镜之中，哈勃空间望远镜（Hubble Space Telescope）曾经备受关注，其优秀的观测能力和丰富的科学成果令人瞩目，然而在詹姆斯·韦伯空间望远镜（James Webb Space Telescope）发射升空之后，这样的情况却悄悄地发生了改变。

与哈勃望远镜相比，韦伯望远镜拥有更先进的技术和更强大的观测能力，它以更大的口径和更广泛的波段覆盖范围，提供了比哈勃望远镜更为精确和详尽的宇宙观测数据，为了更直观地了解这一点，我们不妨来看一个具体的例子。

这是由哈勃望远镜拍摄的经典照片——位于大约6500光年外的鹰状星云内的“创生之柱”：

这是由韦伯望远镜于2022年拍摄的“创生之柱”：

我们可以清楚地看到，韦伯望远镜明显比哈勃望远镜强大，其拍摄的照片呈现出了更多的细节，也更加清晰。也正因为如此，在韦伯空间望远镜发射升空之后，很快就在探索宇宙的领域中占据了重要地位，而它的名字也因此逐渐被我们熟知。

或许我们可以认为，既然韦伯空间望远镜这么强大，那它拍摄的火星应该也比哈勃望远镜清晰得多吧？那实际情况是否真是如此呢？我们来看图说话。

这是哈勃望远镜于2016年拍摄到的火星：

可以看到，哈勃望远镜拍摄到的这张火星图像的清晰度并不算高，只能呈现火星表面的一些大致的轮廓，并没有完全展现出火星表面的细节。

然而韦伯望远镜拍摄到的火星是这样的：

这是韦伯望远镜于2022年9月5日首次传回的火星图像，可以看到，韦伯望远镜拍摄到的火星，可以说是模糊得一塌糊涂，相比之下，哈勃望远镜拍摄到的火星就显得清晰多了。那么问题就来了，大名鼎鼎的詹姆斯·韦伯空间望远镜，为什么连火星都拍不清楚呢？

难道是它的设备出故障了？答案是否定的，实际上，之所以会出现这样的情况，其实是因为韦伯望远镜的设计，并不适合用于对火星进行基于可见光的成像。

简单来讲，韦伯望远镜拥有多项主要任务，其中包括“探测宇宙中初代星体和星系”，“研究星系、恒星及其行星系统的形成和演化”，“研究系外行星的大气成分”，“探索系外行星上可能存在的生命迹象”等等。

为了完成这些任务，韦伯望远镜的设计就着重于强调其出色的深空探测能力。而望远镜对宇宙的观测，其实就是观测特定波长范围的电磁波，用途不同的望远镜，观测的波段范围也可能不一样，对于韦伯望远镜而言，它观测的是波长为600-28300纳米的电磁波，在这个范围内，其实只包括少数波长较长的可见光（如橙光、红光），而其余的则都是红外线。

这主要有三个方面的原因：一、红外线的波长比可见光更长，可以更容易地穿过弥散在宇宙空间中的气体和尘埃；二、宇宙中的那些温度较低的天体（如系外行星），主要是在红外线波段下释放辐射；三、宇宙中那些遥远的天体所发出的光线在传播过程中，会因为宇宙的膨胀出现红移，进而转变成红外线。

为了尽可能多地探测到宇宙深处的微弱信息，韦伯望远镜被设计成对电磁波极为敏感，但这样的设计也有一个弊端，那就是如果光源稍微强一点，就容易出现“探测器饱和”（detector saturation）。

所谓“探测器饱和”，是指当探测器受到过强光源照射时，其响应达到其最大处理能力的状态，在这种状态下，探测器的输出信号就不再随着输入信号的增加而线性增加，而是趋向于定值，这会导致观测数据严重失真、信噪比大幅下降等情况，而如果较长时间地处于这种状态，则可能会导致探测器的永久损坏。

对于韦伯望远镜来讲，火星其实就是一个很强的光源，因此在拍摄火星的时候，为了避免韦伯望远镜出现“探测器饱和”，人们只能大幅降低曝光时间，并且还只是测量了它接收到的一少部分光线，在此基础上，再加上观测波段的原因，它拍摄的火星才会显得很是模糊，进而让我们觉得它连火星都拍不清楚。

相对而言，哈勃望远镜观测的是波长为100-1000纳米的电磁波，这个范围其实包括了可见光的全部波段，除此之外，哈勃望远镜的口径更小，其对电磁波的敏感程度也没有韦伯望远镜那么高，所以哈勃望远镜相对更适合对火星进行基于可见光的成像，它拍到的火星当然也就清晰得多。