聊聊詹姆斯韦伯望远镜背后的光学[烟花]

最近詹姆斯韦伯望远镜挺热的，大家都在关注它复杂的展开过程。直到今天，所有的部件展开均已完成，一个月后望远镜将点火进入晕轨道。接下来就是漫长的调试过程，而产出第一批数据则要在半年后了。

调啥呢？ 要花这么久？嗐，都是追求大口径惹的麻烦。

光学系统的分辨率都有极限。几何光学里点状物能成点状像，但波动光学告诉你实际上点状光源因为衍射只能成一个亮斑（艾里斑）。所以，两个靠近的点光源最后形成的像也是两个紧挨着的亮斑。如果两个物点挨得太近，像斑几乎融合在一起，我们就说这两点不可分辨，也就是分辨率。【图1. 艾里斑与分辨能力】

显然，点光源所成的艾里斑越小，我们能分辨出的距离也就越小，光学系统的分辨率就越高。那该怎么提高极限分辨率呢？光学工作者会告诉你：扩大口径。

如果你看过显微镜/望远镜的分辨率公式，应该会注意到口径越大分辨力越高。至于原因，波动光学会用复杂的公式求解艾里斑的具体形状（工程中则求解点扩散函数），然后告诉你口径越大，艾里斑越小，所以分辨率就高。【图2. 分辨率公式】

但比起让人头秃的公式，我最喜欢的永远是傅里叶光学和美图秀秀的视角：空间频率与信息光学。

为啥点光源不能成点像，而只能成为一个弥散的斑？傅里叶光学告诉你：因为有关这个物体“边缘的信息”丢失了，所以我们不确定像的边缘在哪，不确定它究竟是一个点还是一个有大小的圆，故而像边界变得弥散。

为啥“边缘的信息“丢失了？因为光学系统的大小有限，必然无法采集光源向四面八方放出的所有光。漏走的那部分光，恰恰携带了物体的高空间频率信息。这部分信息，对应的是细节，是边缘，是一张图片里最微小的结构。【图3. 无法采集的，高传播角的光携带了高空间频率部分】

好比一张肖像，你主动把高空间频率的部分滤掉，也就去掉了脸部细节信息（痘坑，痘印）。这便是美图秀秀”磨皮“的原理。而边缘检测则是反过来，滤掉低空间频率的部分即可。【图4. 高/低空间频率在一张图上对应什么？】

所以，想提高分辨率，就要少漏走信息，就要多集光。（不少人说到集光，就会想到像的明暗。其实明暗和极限分辨率没有关系。）想多集光，就要把光学系统做大——最好是大到把整个光源包裹起来，一丝光（信息）也不漏走。你要真有这神通，点光源就能成点像！

当然了，望远镜可没法把星星包起来……不过显微镜倒是能试试。近场光学显微镜和4pi显微镜就代表了这样的努力。

所以，詹姆斯韦伯的拼接镜就是为了追求大口径。但想让数个子镜融为一体可不那么简单，这也是调试的难点。

首先，子镜的焦点要重合，即共焦条件。如果是不共焦的子镜，它们对同一颗星星所成的像并不重合。所以共焦是基础——看不清没关系，起码别重影啊！

但共焦终归只是基础，真正的难关在于之后的共相。各子镜产生的像场必须具有相同的相位，才能在艾里斑中心互相增强。否则，拼接镜空有大口径带来的亮度增强，分辨率（艾里斑尺寸）却仍然与子镜相同！

高中物理都学过，共相位的难度直接取决于波长。在实际应用中，要求共相精度至少为波长的 1 /10。对于波长仅为数百纳米的可见光，几十纳米共相拼接难于登天。事实上，目前世界上还没有一架望远镜做到。

我国目前最高水平的”大天区面积多目标光纤光谱望远镜“（LAMOST）只做到了可见光波段的共焦拼接。而背后的南京天光所也仅能在实验室条件下实现250mm的正六边形子镜在可见光波段的共相拼接。【图5. LAMOST】

但对于波长更长的红外光波段，共相还是能够做到的。这次的詹姆斯韦伯主力工作波段在10微米左右，最大观测波段远达28微米，已至远红外。因此1微米的拼接精度尚在工程实现范围内。即便如此，一套流程走下来几个月也过去了。【图6. 詹姆斯韦伯的调试流程】

再想到《三体3》里的林格-斐兹罗观测站采用延绵二十五千米的透镜组，子镜直径2000米[跪了]，靠离子推进器实现共焦。我只能说：我靠……

既然拼接镜那么麻烦，有没有别的途径能扩大望远镜的共相口径呢？

我个人比较看好旋转液体镜面望远镜（https://t.cn/A6JUnws3）。虽然由于进动的影响，它没法作为太空望远镜，也没法追踪目标。但它可以布设在月球上，以极低的成本实现超大口径（90米！！）下的天顶巡天观测。

当然，如果有一天电浸润技术发展了，不必再通过旋转控制液体镜面形状，我们也能造出凝视成像的大型液体镜面太空望远镜。想想用100米口径盯着星星看……[色]

【惊喜！玉兔二号发现神似玉兔石块】
上一次日记中我们说到玉兔二号发现了天际“神秘小屋”，一时之间引发了全世界的广泛关注，网友们脑洞大开，纷纷给出自己的猜测，“广寒宫”“凯旋门”“外星基地”……众说纷纭，驾驶员们也和大家一样，都迫不及待想知道最终答案。于是等玉兔二号再次醒来，大家立刻开启了北上揭秘探险之路。

“昂首阔步”北上探险

为了尽快揭开“神秘小屋”的面纱，驾驶员们在玉兔唤醒前狠下功夫，他们绞尽脑汁研究如何在满足安全的前提下让玉兔最快速地移动到位，最后，在综合分析能源、热控、移动性能、测控条件等因素后，结合月背凹凸不平的地势，驾驶员们设计出了一套“昂首阔步”的高效移动策略。

首先，在感知成像的时候将俯仰角稍微上抬，“昂首”的姿态可以将感知成像的最远距离由十几米拓展到三十多米，同时既避免了“抬头”导致的视场内过曝区域扩大，还能够在地形和感知图像允许的情况下，提升每一步的移动距离。不仅看得远，还要走得久，在平台热控允许的情况下，驾驶员们适当推迟进月午或者提前出月午，压缩午休时间，实现挤出一整天多走一步的目的。如此三管齐下，玉兔二号的移动效率得到显著提升。

虽然有完善的北上探险方案护身，但是等待玉兔二号的第一个挑战便是三坑“品字形”包夹的不利局面。在玉兔二号的东、西、北三个方向各有一个坑将其夹在中间，但好在坑与坑之间还有些许空隙，驾驶员们控制玉兔二号起步向东北绕行，走过坡度较高的区域，转而向西北继续顺着等高线进军，轻巧的两步便走了接近9米的距离，比以往不超过7米的移动距离有了长足进步，“昂首阔步”的策略初见成效。

此后玉兔二号与驾驶员们的配合渐入佳境，“昂首阔步”与“精准控制”双剑合璧，控制着玉兔二号在月背大步流星的北上。9米、11米、12米，玉兔二号不断刷新着自己单步里程的纪录，加上月昼上午适当推迟进入月午，玉兔二号实现了4步移动，最终在月昼上午收获了行走39米的好成绩，实现了步步紧逼“神秘小屋”！

月昼下午，驾驶员们操控玉兔二号从目标方向上的两个撞击坑穿过后，便及时寻找舒适安全的休眠区域。虽然放眼望去宽松范围的可休眠点很多，但是达到严格范围标准的可休眠点却屈指可数。驾驶员们选择了一个范围很小的严格休眠区域，必经之路上还有一个几乎与车身等宽的小型坑，玉兔二号必须精准地从撞击坑上跨过，准确停驻在狭细的可休眠区域内。又是一个难度五颗星的考验，但驾驶员们对自己娴熟精湛的技术有足够的底气，也为了确保玉兔休眠期间的安全，他们再次开启一波操作，最终圆满完成了第37月昼北上探险的全部任务， 6步移动了59.7米，休眠时距离“神秘小屋”的直线距离仅剩30多米，揭开神秘面纱指日可待。

揭秘“小屋”

月夜期间，驾驶员们无比激动，按照当前移动速度，玉兔二号将在下个月昼迎来工作三周年纪念日，同时行驶里程也将突破1000米大关，还能够对“神秘小屋”一探究竟，这些悬念交织在一起，让驾驶员们摩拳擦掌、度日如年，对即将到来的月昼充满期待。

2021年12月27日，玉兔二号唤醒后迎来第38月昼的工作，目标仍是继续北上。先是大步流星的3次移动，7米、9米、10米，步子越跨越大，总里程来到了992.3米，此时距离“神秘小屋”只剩下10米左右的距离，终于可以揭开“神秘小屋”的神秘面纱了，驾驶员们立刻安排全景相机进行了彩色成像，终于露出它的真容！

远在天际时彷佛凯旋门一样高大的“神秘小屋”，走近看竟然甚是矮小，驾驶员们不免有些失望，正当大家失落之际，一个驾驶员盯着放大的画面，捂住嘴巴惊呼：“天呐！这是……玉兔！”

“玉兔”见“玉兔”

听到他的声音，大家再次围了上来。只见一只栩栩如生的兔子映入眼帘，“玉兔”前面零落的石块仿佛一根胡萝卜，“玉兔”后方滚圆的石珠仿佛“玉兔”餐后的产物。眼前的景象恰如一只正要进食的兔子，画面妙趣横生，让人忍俊不禁。这只乖巧的“兔子”是天外来客还是月背居民？它在此守候了多少年？当初天边“神秘小屋”的幻想是否正是它冥冥之中的召唤？这一切是缘分还是巧合？

在期待与疑问中驾驶员们感慨着宇宙的奥妙，更迅速调整了工作方案，在月昼下午继续往高处前进，朝着“玉兔”高歌前进。2022年1月6日中午，驾驶员们便开启了本月昼下午的任务，一连十几个小时的工作大家却不知疲倦，接近午夜时刻，玉兔的累计行驶里程终于突破了1000米大关，达到了1003.9米！

在即将到来的2022年1月11日，正是嫦娥四号着陆器与玉兔二号完成两器互拍、任务取得圆满成功的三周年纪念日，最新的里程破纪录无疑是给这项工程最好的礼物。三年以来，驾驶员们操控嫦娥四号着陆器、巡视器、中继星完成了一个又一个艰巨的任务，实现了令人惊叹的工程目标，过往的种种挑战及胜利后的喜悦爬上了驾驶员们的心头，大家一边欣慰地互相祝福，一边调侃着彼此的倦容，投身在伟大的事业中的获得感与幸福感是此时他们共同的感受。

当下一次休眠唤醒，玉兔二号还将近距离探测“玉兔”，并对它身后的大型撞击坑进行感知，我们期待着玉兔二号与“玉兔”对话，用它们的密语发掘更多不为人知的故事。

来源：我们的太空微信公号

首先贴出刚才的问题..
领教了很多非常有意思的答案..
然后呢,贴出一个老股民,老价投的见解..
综合他的经验之谈和其他原帖下种种有理有据,头头是道的答案.

基本上,在我们的日常投资经验范围之内..已经查无遗漏..基本面面俱到了..

该考虑的因素,环境,各种角度..都考虑到了..

到哪都是可以得高分的不会出错的答案..

一看就是高等教育出生,善于思考的优秀学生..

没啥太大的问题..

问题出在哪?只有一个小小的问题..

小小的问题在于明明有理有据..却不是一个百分百正确的答案.

都是后视性偏差..只有有了结果,才能反推的总总论调和道理..

从我的角度....我的答案有点玄..姑且当作玄幻小说的角度解答吧..

我认为..

逻辑并不是科学..

逻辑跟科学没有必然性..

逻辑无法数据化..

逻辑是大于科学的存在..

你无法用科学的度量衡解释每个存在的根本逻辑.

正如同你无法用各种科学的一个标准尺度去量化的解释股价和价格的涨跌关系..

你只能得出一个大概,也许,预期,可能,40%这样的约数.

然后用投资就是在不确定的情况下做出决策等等之类的话.

用西方哲人的经验之谈来解释发生的一切..

但是首先你得先具备基本的逻辑..

那就是什么是科学?

在科学的系统里..约数就代表了不确定,不确定的东西那就不是科学..

所以概率学一直被称为伪科学..

因为科学需要的都是定式.

科学是由不同的各自有解的方程式,从最细微的角度去解读这个世界存在的东西的一门大学科.

仅此而已..

(巧)技(学)科(艺)术(法)道(天)地..

科学只是除了技巧外..最基础,最靠近人类,最容易被人理解并解释的两道比较低的门槛而已..

用科学无法精确解释的东西..其实都是凌驾于科学之上的存在..

比如这里..这个价格和股价的正反关系..用荀子和孟子的话六个字就可以简单的解释..

用道德经不过就是四个字..

是不是听起来特别玄乎..哈哈哈..

荀子曰:上不失天时，下不失地利，中得人和而百事不废,

孟子曰: 天时不如地利，地利不如人和。

天时~地利~人和..不过简单三要素而已.

我认为..价格和股价的正反向关系..要点从来不在谁主谁次,谁强谁弱,谁上谁下

任何上涨的价格..一旦同时具备了这三个基本的要素..则股价必然随之上涨..

在上涨的过程中,一旦失去了其中任何一个基本要素..则股价将走弱甚至反向走低.

其中最关键的便是孟子说的人和二字.

人和是造成股价和价格正反相关的最重要也是最直接的关系..

失去了其他两样东西也就是个缓落回归合理低位的走法..

一旦股价在走强的过程中失去了人和..那么会造成瀑布断崖式不回头的迅速下跌.

何为天时?大势所趋矣.

何为地利?环境所迫矣.

何为人和?人心所向矣.

大势为何?高景气高预期尔.必然所去往的方向尔..

地利为何?国际环境,国内环境.能容纳更多人走的大路尔...
人和为何?额..我举几个小例子吧....

糖价上涨..天时,地利皆有..但是从未有过人和..则股价几乎纹丝不动.

航运价格初上涨时,天时地利占优,人和未察觉可知.则股价迅速翻倍.至高点.新闻频出.人和有令.则股价回落.至今不见起色.

黑色系上涨时,恰逢秋天.每年小惯例小起小伏,人和睁一只眼闭一只眼..周期集体上涨嘛,情有可原....至冬日.还在上涨,影响大众民生..人和一声令下,集体腰斩,再不负起,,

黄金为何迟迟不见走强..因为各国人和始终对其抱有偏差..视之为禁地..莫不敢发声..

铜为何不迟迟不跟铜价走..因为铜乃万金之首,各行各业都大量用到..有违人和..

锂矿2021年年初价格持续上涨..为何迟迟不见股价跟上..因为人和没有关注..天时地利缺人和便缓慢波动....二月开大会人和确定方针,大搞新能源建设..政策频出.遂人和发力,二季度迎来主升浪..至9月中下..有违人和,则走低调整..

你要再问我人和为何?嗯..再要具体解读,恕在下苦笑摇头.

自己稍微动个脑筋,在下不想做101+101+101+101的选秀少女哈..

简单的博弈关系..便是这么简单..

当然,其中强度,高度,长度,等等变量..不过是天时地利的互相博弈而已..

而人和则是决定了幅度和终点的最重要因素,没有之一.

泛泛而谈..有心观之,无心哂笑便是了..

其中深意..举一反三必有所得罢了..

继续奶娃去..周末闲暇之作,博君一笑尔.不足挂齿,轻喷.谢谢.
要喷我,请带着论据哈..我们有理有据的论道,多有意思..

你看国学一点都不无聊..

穷尽毕生时间我也只想窥一点先人皮毛而已..

其他说古中国无哲学的牧洋犬..也配夸夸其谈国学..

区区一门西方(艺)术,也配合和我泱泱中华的(法)道相提并论..

黄口小儿,当真可笑..