如果把哈勃望远镜对准地面，能看到什么，它会变成间谍卫星吗？

如果把哈勃望远镜对准地面，它能看到什么？

已知哈勃在距离地球 570 公里的轨道上运行，它的衍射极限是0.05角秒，所以理论上它能分辨出地面上最小的物体大约是 15 厘米，也就是一个碗那么大。

在这个分辨率下，它能看到单独的汽车，分辨出大型动物的形状，清晰地看到树木和屋顶，但是看不清车牌号，因为这个15厘米的分辨率只是理论上的最佳情况，实际上，哈勃对准地球拍出的照片会完全没用，最主要的原因是速度。

哈勃的轨道速度是每小时 27000 公里，它下方的地面每秒会掠过将近 8 公里，就算哈勃用百分之一秒的曝光时间拍照，地面也会被拉长成 70 米长的模糊条纹，所有细节都会被彻底破坏。

要在 15 厘米的分辨率下冻结运动，你需要大约 20 微秒的曝光时间，这比哈勃相机的最快快门速度还要快几千倍，这些望远镜配备的是缓慢而灵敏的科学传感器，设计用来对着星系连续观测几个小时，而不是像运动相机那样抓拍瞬间。

那哈勃能不能通过旋转来跟踪地面呢？

基本上不行，因为它需要以极快的速度转动，但它的最大转动速度只和钟表的分针差不多，远远跟不上下方飞速掠过的地面。

除此之外，向下观测意味着要穿过整个地球大气层，望远镜和地面之间所有这些湍流的空气，会彻底模糊图像，就像地面天文台向上观测时遇到的问题一样，而且和哈勃平时拍摄的暗淡星系相比，白天的地球表面亮得刺眼。这很有可能会烧坏它灵敏的探测器。

NASA 对这一切都心知肚明，他们明确表示，哈勃不能用于观测地球，但他们没说的是，美国军方早在哈勃升空的几十年前就拥有了比哈勃更强的间谍卫星望远镜。

NASA 原本计划给哈勃配备 3 米直径的主镜，但后来改成了 2.4 米，官方给出的理由是为了节省成本，但真正的原因是，军方已经有多年制造这种尺寸主镜的经验，因为这是为他们的间谍卫星准备的。

从 1976 年 12 月开始，美国就开始发射代号为KH-11 “凯南”*的卫星，这些卫星搭载的主镜据信直径也是 2.4 米，和哈勃的主镜尺寸完全一样，但它们不是用来盯着星星的，而是直直地对准地球。

它们从设计之初就解决了哈勃会遇到的所有问题：超短曝光时间、电子运动补偿，以及将清晰的数字图像近乎实时地传回地球的能力。

所以不是哈勃启发了间谍卫星，而是间谍卫星启发了哈勃，2012 年美国国家侦察局，这个负责建造美国间谍卫星的神秘机构，向 NASA 捐赠了两套备用的 2.4 米主镜望远镜组件，两台完整的、从未使用过的哈勃级太空望远镜，就一直放在仓库里积灰。

天文学界当时都惊呆了，其中一台捐赠的望远镜现在正在被改造成南希・格雷丝・罗曼空间望远镜。

在这些数字间谍卫星出现之前，更早一代的间谍卫星以另一种方式令人惊叹，20 世纪 60 年代，代号为 “日冕” 的卫星用真正的胶片拍摄苏联的照片，然后它们会将胶卷舱弹射回地球，当胶卷舱在太平洋上空跳伞时，军用飞机会在空中用钩子把它勾住，如果没能接住，胶卷舱会自毁，沉入太平洋海底。

那么现在的问题是，今天最先进的间谍卫星分辨率能达到多少？

2019 年 8 月，一枚伊朗火箭在发射台上爆炸，紧接着一张卫星摄影照片就出来了，业余卫星追踪者就确认，这张照片几乎可以肯定来自一颗 KH-11 卫星，它当时正好在正确的时间经过伊朗上空，分析人士将照片中的特征与已知建筑进行对比，估算出其分辨率大约为 10 厘米。

但就算是 10 厘米的分辨率，你还是远远无法看清文字或认出人脸，一个人在照片里只会是一小簇像素，你能看出那是个人，但看不出是谁，电影里那种 “放大、增强” 的经典操作，至今仍然是虚构的。

如果一个物体在图像中只有两个像素宽，没有任何电脑能凭空创造出不存在的细节，这就像放大马赛克地板，到最后你只能看到一块块瓷砖。

而且没有任何一颗卫星能持续盯着同一个地方，它们每 90 分钟绕地球一圈，经过任何一个地点的时间只有几分钟，好莱坞电影里那种从轨道上实时跟踪一辆汽车穿过城市街道的场景，仍然是纯粹的科幻。

所以，如果把哈勃对准地球会怎么样？

字面意义上的答案是：你会得到一张明亮、模糊、完全没用的照片，因为哈勃根本不是干这个的工具。

但真正的答案要有趣得多，那些让哈勃能拍到数十亿光年外星系的镜面技术和光学原理，其实是在冷战时期，以秘密的方式并行发展出来的，最终的目标是监视我们自己的星球。

好消息是，商业公司运营的卫星已经能达到 30 厘米的分辨率，任何人都可以购买使用，曾经是冷战时期最高机密的技术，如今正在变得司空见惯，但限制所有这些系统的物理规律，衍射、大气层、轨道力学，确保了无论多么昂贵的望远镜，都永远无法让任何人从轨道上获得全知全能的能力。

那层让星星闪烁的薄薄大气层，同时也模糊了所有向下窥视的视线，大自然为我们拉上了一道小小的隐私帘，说实话，我觉得这还挺让人安心的。