只要望遠鏡足夠好，即使是無限遠處的星體也可以看到么？

11-29

或者說，光子不會稀釋到無法傳遞影像的程度么？

簡單來說，在我們所處的這個宇宙，「如果望遠鏡足夠好」，就沒有因為太遙遠而看不見的星體，只有因為被遮擋而看不見的星體。即使是本身不發光的行星，也能通過星冕儀、凌星、攝動等手段觀測，當然，「如果望遠鏡足夠好」。

下面從「我們在地球及其鄰近空間，現在能看到多遠的星體」這個角度來討論、回答。「看」，將媒介限定在電磁波；「星體」，將目標限定在恆星、行星以內。

望遠鏡的主要性能指標與使用場景的對應關係：

靈敏度：探測固定、孤立的目標的能力。靈敏度越高，越能夠探測到微弱的目標。目標是否微弱，不是看絕對亮度（光子數／單位面積／單位時間），而是看絕對亮度相對於本底漲落的信噪比。地面上的望遠鏡的觀測本底主要是天光背景；空間望遠鏡的觀測本底雖然一般不受大氣層的影響，但也受宇宙射線、黃道光、遙遠星系等影響。信噪比可以記為 $sqrt{ aucdot A}cdot frac{S}{sqrt{S+B}}$ ，其中 $au$ 是曝光時間，A是探測面積（可以理解為望遠鏡的口徑正對目標的面積），S是目標的亮度，B是本底的亮度。可以發現，增加口徑或者增加曝光時間，就可以提高信噪比，從而使得望遠鏡探測到更微弱的目標。但是，實際的觀測中有一個問題，即，目標往往不是嚴格不動的，所以一般很難無限制的增加曝光時間。不同波段，靈敏度不一樣。因此，才有了不同波段的望遠鏡，專門服務於特定的波段。例如，射電望遠鏡、光學望遠鏡、X射線望遠鏡等等。
解析度：分辨鄰近兩個目標的能力。前面有答案提到了，對於一般的光學望遠鏡來說，用瑞利判據即可。
視場：同時觀察多個目標，或大尺度目標的能力。這個能力與問題沒有直接關係。
集光率，或幾何因子，即，集光面積與視場的乘積：開展巡天工作的能力。粗略的說，大口徑、小視場的望遠鏡和小口徑、大視場的望遠鏡，在巡天工作中，可以達到同樣的性能。前提是目標固定在各自的位置上。
指向精度、跟蹤速度：觀察移動目標的能力。
對比度：觀察同一視場內靠近的亮度差距懸殊的目標的能力。

回到問題上，簡單來說，是的。但實際上要考慮的問題很多。
比如，前面有答主提到的「可觀測宇宙」的問題。超過可觀測宇宙的半徑，觀測者與目標之間就沒有因果律了，信息即使以光速傳播，也無法通訊，所以不是光子數多少的問題，而是光速有限的問題。不光是無法利用電磁波這個媒介來探測，而是根本無法觀測。我們現在當然無法看到遙遠目標的「現在」，我們未來也永遠無法看到足夠遙遠的目標的「現在」和「未來」。既然是這樣，那麼討論這個距離尺度以外的星體是沒有意義的，因為我們無法證明其存在，也無法證明其不存在。望遠鏡看不見這些幻想的星體，正如望遠鏡看不見上帝。
不過，時間這個維度上，在碰壁「可觀測宇宙」的距離上限之前，首先會遭遇「再電離時期」之前，光無法透過中性氫的問題，其次是光子退耦合之前，沒有自由光子的問題。空間這個維度上，在碰壁「可觀測宇宙」的距離之前，首先遭遇的是視星等降低、紅移等問題。所以一般來說，觀測星體，主要考慮的還是天體物理學方面的問題和儀器方面的問題，宇宙學方面的問題並不多。因為相比於自由光子的出現、黑暗時代結束這種類似於「混沌初開」的歷史事件來說，大尺度結構形成、星系和星系團形成、星體出現等等事件發生的更晚，因此距離我們更近。
借用下圖（圖片來源：https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e7/Observable_universe_logarithmic_illustration.png）

中心是地球觀察者，外圍是太陽、鄰近的行星、小行星帶、銀河系、其他星系及星系團、大尺度結構、宇宙微波背景以及不可見的粒子。
更為實際的問題，是距離、紅移、時變、介質遮擋等等障礙。比如，距離太遠——看不到；紅移太高——看不到；一閃即逝——看不到；躲在塵埃後面——看不到。所以我們需要更大的口徑、更長的基線（提高解析度）、更乾淨的探測器（降低雜訊）、覆蓋更寬的波長範圍（遠紅外、亞毫米波、微波）、開闢更多的觀測窗口（例如硬X射線突破塵埃遮擋）、利用其他的媒介（中微子、引力波）……因此，我們目前離造出「足夠好的望遠鏡」還十分遙遠，未來幾十年甚至更長時間，增加我們對宇宙的認識的最為直接、最為有效的辦法，仍然是造出「越來越好」的望遠鏡。

宇宙學的可觀測宇宙已經被大家廣為熟知了，在可觀測宇宙之外的星體，其光子目前還沒有到達地球，自然可觀測宇宙的邊界就是望遠鏡的極限觀測距離。
距離遠一點沒關係，因為宇宙膨脹原因，其實紅移超過1.65的星系，越遠反而看上去越大。
太暗也沒有關係，長時間持續曝光總能夠接收到超過探測水平的光子。

我在這裡補充一些資料。

我強烈建議所有關注這個的都去查看wiki百科的這個英文網址，對可觀測宇宙的所有概念總結的最為詳細。中文版的太簡單了一點。
Observable universe

以下為一些基本要點。
1，我們目前所能看到的最遠的宇宙，其實就是CMB微波背景輻射。但是這個波段是微波波段。老式電視機黑白噪點有很小一部分就是來自於此。所以如果把望遠鏡廣義到任何接收器，大多數人在理論上都是「看到」過宇宙邊緣的。
在微波背景輻射發出的時期，宇宙溫度有3000攝氏度左右，但是由於紅移，光子波長移動到了微波波段。（CMB之前的宇宙溫度太高，光子被處處束縛，不能自由傳播。可以認為這時候全宇宙的可觀測宇宙處處為0）如果基於CMB，那麼可以看見最遠的宇宙的共動距離是457億光年；但是如果未來我們能夠可靠的觀測中微子或者引力波（不受束縛，可以自由傳播），可以直接追溯到宇宙最開始的時期，那麼這個大小是466億光年。

2，考慮到CMB輻射，這些光子在發射之初，離我們只有4200萬光年的距離，然而由於宇宙膨脹，這些光子在像我們傳播的過程中，也會受到宇宙膨脹的影響。簡單的說，在CMB光子傳播到我們的這個過程中，宇宙已經膨脹了1091倍。（注意這裡面有一個很重要的物理背景，那就是宇宙膨脹速度不是恆定的。在宇宙剛誕生的時候，星系互相遠離很快，而後逐漸變慢，直到大約80億年之前又突然加快）
這個例子很生動的說明宇宙膨脹對我們觀測的影響。可見，由於宇宙膨脹，我們看到的絕大多數物質都是它們過去的影子。哪怕當初它們離我們非常近，我們看到的也只是它們過去的歷史。由於物質隨著宇宙膨脹，它們在過去的位置上發射出光子以後，早已經離我們跑了成千上百倍。我們只能夠通過它們在過去的位置發出的光子，來推測它們現在的位置。
所以可觀測宇宙的大小不能用經典的距離定義。它只是代表了一個物質過去發射的光子剛剛到達地球，而現在所在的新位置離我們的共動距離。實際上這個新位置現在發出的光子無論如何也不可能達到地球。
在未來，可觀測宇宙的大小還是會變大的。只要我們持續的接受光子，總有些光子會在未來經歷千辛萬苦到達地球。但是這個大小是有限的。簡單的說，如果一個星系離我們的速度剛好快於光速，那麼我們無論如何也觀測不到它。這個大小原則上給出的大小是620億光年。但是，這個模型建立的基礎是認為宇宙暗能量是常數，如果宇宙常數變化的話，極端點如果未來宇宙又減速甚至停止膨脹，那麼未來的可觀測宇宙可能是無窮大的。

3，可觀測宇宙之外的宇宙大小取決於你信仰的模型。暴漲理論認為真實宇宙大約是可觀測宇宙的 $3 imes 10^{23}$ 倍。其他的從250倍一直到 $10^{10^{10^{122}}}$ 倍都有，當然，望遠鏡幾乎不可能看這麼遠的。

4，現有的宇宙學模型認為最初的恆星誕生於宇宙大爆炸之後1～2億年左右。這些恆星都是非常巨大的巨型恆星，非常明亮，往往只有很短的壽命。相比於它們的距離，我們的望遠鏡仍然不能夠直接追隨到它們在宇宙中的遺迹。然而，這些宇宙初代恆星往往發出非常強烈的輻射，直接點亮並且電離了附近的氫分子雲（這段歷史被稱為宇宙再電離時期，第一次電離就是CMB之前）。目前很多人希望能夠通過21cm氫分子譜線來追溯這個過程，這也是射電天文學未來的重大課題。

5，目前，我們所知的最遠的宇宙，在可見光波段能夠觀測到的，是一些在宇宙大爆炸4億年之後誕生的星系。這些星系由於距離遙遠，它們的波長都被極大的紅移了。我們目前所知道的最遠的星系，叫做GN-Z11，紅移值11.09，距離我們322億光年。這幾乎是我們目前光學望遠鏡能夠看到的最遠範圍。當然，這個星系的發現說明宇宙最早的星系形成的非常之早，第一代恆星剛剛誕生不久，星系隨後就產生了。
通過cosmological calculator 計算的相關數據。
For Ho = 69.6, OmegaM = 0.286, Omegavac = 0.714, z = 11.090
It is now 13.721 Gyr since the Big Bang.
The age at redshift z was 0.414 Gyr.
The light travel time was 13.306 Gyr.
The comoving radial distance, which goes into Hubble"s law, is 9877.7 Mpc or 32.217 Gly.
The comoving volume within redshift z is 4036.606 Gpc3.
The angular size distance DA is 817.0 Mpc or 2.6646 Gly.
This gives a scale of 3.961 kpc/".
The luminosity distance DL is 119412.3 Mpc or 389.474 Gly.
網址和圖片如下：
Most distant galaxy: Hubble breaks cosmic distance record

看到答友們回答，非常專業！特別是對望遠鏡的技術限制的參數都詳細的列出來了，受益匪淺！

但是多看了幾次題主的問題，總覺得哪裡不對勁！仔細琢磨才發覺大家回答似乎都跑題了，儘管回答都非常好。

題主的問題是：「只要望遠鏡足夠好，即使是無限遠處的星體也可以看到么？」顯然，這個問題一連作了兩個理想性假設：

1、望遠鏡足夠好——假設望遠鏡是完美的理想體，即可以觀察到任何遠處，任何微弱的星光（當然事實不是如此，具體限制性指標@ZX Huo 講得非常詳細）；

2、無限遠處的星體——假設宇宙無限大的，存在無限長，同時宇宙是均一的，這樣無限遠的地方也存在星體，且這些星體的星光也能夠達到地球這個理想的望遠鏡（當然，事實上可能也不是這樣。暴脹宇宙理論已經推定宇宙是有起始的，目前年齡大概為138.2億年，可觀測宇宙的半徑約為460億光年，具體@史瓦西半徑
也已經講了）

那麼基於這兩個理想假設，為了應題，暫且把目標體和觀察設備都當做理想狀態，不當做分析因子，只分析光子在其運行路徑上能否從無限遠的星體到達地球上這個理的想望遠鏡。

在回答這個問題之前，先談談觀察的四個要素（目標體、攜帶信息的信使、可供信使運行的路徑、觀察者），

1、目標體——確定目標體的先決條件，就是這個目標體會釋放可接收的信使粒子。

2、信使——最基本的信使通常是目前所知的四種基本力粒子：光子、引力子、弱相互作用力粒子（W+、W-、W0）、強相互作用粒子（膠子），當然也有一些基本粒子，比如正負電子、質子、中子、介子等也可以當做信使粒子。但它們仍然需要上面四種基本力粒子交換信息（交換能量）。

3、可運行的路徑——信使在能夠空間中運動，必然是因為空間是無障礙的，也就是路徑上是虛空的，沒有其他費米子阻擋，但有玻色子沒關係。原因是信使撞上費米子會被吸收或反射，造成信使攜帶的信息消失或改變，而玻色子不服從泡利不相容原理，所有信使可以穿過它而不受影響。不過，衍射（產生原因可能是量子理論中的概率波，任何一個粒子有一定的概率出現宇宙的任何一個地方）和引力透鏡效應可以使信使粒子可以繞過費米子。當然繞過後，信使攜帶的信息很大程度上會丟失一部分。另外信使在運行的路徑上，即使沒有障礙物，即使不繞道，其自身也可能出現變化，比如光子會在正負電子和光子之間轉換，這個轉換很可能丟失信息。

4、觀察者——目前是只能捕獲電磁波的天文望遠鏡，從無線電波到伽馬射線各個波段，也就是信使定位為各種波段的光子。

說清楚了觀察的四要素（如有不對或者缺失，請知友指出），根據題主的問題，我們只考慮2和3，因為1和4都理想化了，1為無限遠處的星體，4為足夠好的望遠鏡，且作為不變的條件。

根據2和4，信使只能是光子。光子的性質：會被費米子吸收反射；會透過玻色子（即使宇宙中充滿了光子，也不影響目標體光子的運行）；會被障礙物衍射改變方向，也會被引力透鏡改變方向；光子也會轉換成正負電子然後再轉換回來。除了透過玻色子不會影響它外，其他四種都會影響光子，甚至會使其損失攜帶的信息。

根據1和3，光子運行的路徑是無限長的。而光速是有限的，說明光子運行的時間也是無限長的。時間越長，光子轉換的次數的越多，不確定性越高。即使路徑上沒有其他影響，被觀察後也不可能還原目標星體的信息。這是其一。

其二是下面分析過的，無限長的路徑上必有無數的費米子，即使目標星體的光子通過無數的衍射和引力透鏡作用改變方向，但在無限這個條件下，它必將被吸收掉而喪失攜帶的信息。可以說，一旦攤上無限遠，那麼目標體和觀察者之間必然是一堵費米子牆，目標星體的光子永遠也不能被觀察者看到。

結論：即使題主這個不實際的問題上，「足夠好的望遠鏡，也不能看無限遠處的星體。」

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而按照實際情況分析，前面已經有@史瓦西半徑就「目標體」分析
和@ZX Huo就「觀察者」的分析，非常肯定是不可能看到的。

@史瓦西半徑就「目標體」分析：光子永遠也到達不瞭望遠鏡，是因為宇宙暴漲使得可觀測宇宙之外的星體即和一起的空間的退行速度超過光速。

@ZX Huo就「觀察者」的分析：望遠鏡本身是不可能完美的，因解析度和靈敏度的一些技術因素使得望遠鏡的功能不可能無限的增長。

第一次知乎回答這個難度挺高，也很感興趣的話題，肯定有不完善的地方，對於上面及下面的回答，如果不妥，請知友指出！

如果覺得回答還行，謝謝點個贊！

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這個問題很有意思！

看到@史瓦西半徑
的回答。非常同意！根據目前暴漲宇宙模理論推測，我們只能觀察到可觀察宇宙範圍之內的星體。原因是，關鍵的限制條件"之一是光速是有限的，其二是離得越遠的地方宇宙膨脹速度越快，可觀察宇宙之外的星體的光信號是永遠達到不了我們地球了。所以假設有一個理想的望遠鏡，我們也不能看到無窮遠的地方。

第一個回答是從光速來理解的，另外我想從光子自身的性質以及另外的觀察手段，比如引力波探測器，再就是無窮本身存在的問題
等三個方面試著回答，如有不妥之處，請指正。

我們通過望遠鏡看宇宙深處的星體，有兩個辦法，電磁波和引力波。望遠鏡是接受星體發出或反射的電磁波，然後根據成像或電磁波波長和頻率來直接或間接觀察的。電磁波會被原子分子吸收和反射，吸收會讓電磁波攜帶的星體信息消失或者被儲存起來。反射是電磁波傳播的方向被改變了，至於攜帶的信息有沒有耗損或者改變還不是特別清楚。但我一直懷疑反射也是把光子吸收了然後再按反射定律的角度釋放出來。我傾向於耗損了光源的一部分信息但沒用完全改變。

舉個例子，我們可以看到鏡子里的太陽和人像，說明反射後光子還攜帶原物體的一部分信息，但我們無法在其他所有不是光滑平面的物體上看到太陽，不過值得提到的是影子之外的亮處其實也是太陽或者光源的部分信息。這裡有個結論，就是電磁波在有障礙物的路徑上傳播是會丟失信息的。

我們知道宇宙除了恆星之外的虛空不是真空的，有各種星際塵埃，有氫原子氦原子，有高能宇宙射線，也充滿了電磁波。我們也知道，虛空中原子非常稀薄，再加之原子本身也是接近真空，使得虛空中的粒子密度非常稀薄，稀薄得我們可以看到可觀察宇宙範圍內所有能到地球的電磁波。這也是我們能夠看到極遠處的星體的原因之一。

首先要提一下暴漲理論，這是一個非常成功的宇宙學模型，幾乎是目前最可靠的宇宙學模型。但是假如未來出現一個更可靠的宇宙理論支持宇宙存在無限時間，則就可能使得無窮遠的地方的電磁波有時間達到地球。但是無限就是無窮，就會有無窮的時間無窮的空間，那麼一定也有無窮多的粒子。那麼幾乎可以肯定無窮遠地方到我們地球之間的路徑上一定有粒子存在，也就是說無窮遠地方到地球之間其實是一堵牆，那裡發出的電磁波一定會被沿途的粒子吸收乾淨。也就是我們永遠不會看到無窮遠地方的星體。

結論是不管是可有限的可觀察宇宙，還是無限大的宇宙，我們都無法看到無窮遠，不過望遠鏡有多麼理想。

至於引力波觀察可能會突破這個限制，它是通過時空本身的波動攜帶信息，物質對其沒有影響，應該不會出現信息丟失情形。不過這也只是猜測。

不是無窮遠，而是一個半徑為465億光年的圓球，被稱為可觀測宇宙。在465億光年外，宇宙的膨脹速度將高於光速，也就是說465億光年外的光將不可能到達地球。所以，即使有最為理想的望遠鏡，也不可能看到無窮遠處。

另：強行答題的典範

Not even wrong.

這個時候就應該上瑞利判據公式：
$heta =1.22lambda /D$
一個光學系統的最小分辨角取決於接收光的波長和它的孔徑大小。
假設真的有無限遠的天體，它的光可以傳遞到這裡，要想在成像系統里把它和它周圍的天體分開，你就需要一個無限大的孔徑，這很明顯是不可能的。
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才發現題主還有問題的補充說明，這裡面就回答一下題主的疑惑：不會。
題主既然知道光子，就應該清楚，根據量子力學，光子本身是不可再分割的。光子的能量與自身的頻率成正比。至於日常生活中我們所看到的無線電信號隨著距離的增加而減弱，那只是因為隨著距離的增加，單位體積內光子的數目降低了而已，光子能量沒變。以現在的技術，應該能做到單個光子的測量（只要頻率大於閾值）。

光子數目少貌似不是望遠鏡的問題，是它自己在傳播的過程中被各種散射了。尤其經過大氣要散射掉很大一部分。所以我們把一些望遠鏡送上天，在大氣層外觀測。

另外，想像一個球體向四周發射光子，每一個立體角的光子是相同的。距離越遠，同樣的立體角對應的面積也就越大，一個固定面積的望遠鏡，離光源越遠的話，它能觀測到的立體角也就越小，光子就越少。（回想一下在檯燈下看書，燈光太刺眼，挪遠一點書面就暗了些，因為距離大了照到書上的光子就少了。）

所以這裡的「足夠好」如果是指面積也可以無窮大的話，光子傳播的過程中如果沒有什麼損失，即使是無限遠處的星體也可以看到。

差不多. 下面這個照片叫哈勃超深空, 裡面那些最暗的天體, 基本上一分鐘才能接收到一個光子. 哈勃用累積了100多天的數據合成的.

照片來自維基百科.

bilibili里柚子木字幕組翻譯了一個視頻，就是講這個問題，還算通俗易懂，可以去看看。畢竟本人還沒有到學物理的年齡。

不用無限遠，光速是有限的

前面有人說，因為哈勃常數，宇宙的膨脹不能超過光速，
如果是這個，望遠鏡最多能看到132億年前的光線，這跟宇宙的年齡還是有差距的。
阻撓望遠鏡的視界的原因，最主要是因為藍移，在微波背景輻射的前提下，因為藍移會導致背景輻射的波長變短，短到最後會形成一個極熱的界面，導致任何光線也無法穿越這個界面。
這個界面，或者說望遠鏡能看到的最遠的光線，就是宇宙微波背景輻射，紅移的數值高達z = 1089
大概相當於大爆炸之後379000年的時間點，這個才是望遠鏡能看到的極限。
在這之前的光線，是無法穿越這一高熱屏障的。

能扯到那麼多，也是醉了，分辨無限遠處的東西，單純理論上講，很簡單，望遠鏡口徑也要無限大，這可能嗎

即使可以看到半徑200多光年的範圍，但是100億光年處的景象，其實是100億年前的

路過。只是想到那句「給我足夠長的槓桿，我能把地球撬起來」

廣錐之外無法看到，簡單地說就是遠到一定成度，那個星體相對於我們的空間膨脹速率大於了光速，那麼，就永遠無法看到了——光錐之內即命運

補充一下。
在宇宙學尺度上，空間上的越遠和時間上色越久遠是相關的。遠的物體發出來的光具有更大的宇宙學紅移。也就是說這些光子波長會變長。而不同頻段的電磁波肯定不能用同一類望遠鏡觀測吧（希望有天文專業的人能介紹下）

別說無窮遠了，擱天津這破地方。晚上霧霾大點兒，樓上都不一定看得到地面的。

謝邀。

首先，宇宙是可見宇宙。
望遠鏡越好、越敏感、越穩定、越能捕捉光以外信息，長久地「曝光」，就能「看到」遙遠的天體。

雖然理論上能看到這麼遠的東西，但人眼的敏感度很低，稍微遠一點的東西就得疊加曝光了。
對人眼來說很多東西都沒什麼意義。

黑洞估計是不能的因為光子的動能都無法脫離其引力

反對@史瓦西半徑的答案
原答案是
不是無窮遠，而是一個半徑為465億光年的圓球，被稱為可觀測宇宙。在465億光年外，宇宙的膨脹速度將高於光速，也就是說465億光年外的光將不可能到達地球。所以，即使有最為理想的望遠鏡，也不可能看到無窮遠處
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1-根據光速不變原理，物理遠離或相向運動，光速不變，只是影響光的紅移和藍移！依此，理論上無窮遠（465億光年以外空間都可以被觀察到）！
2-物體星系能不能超過光速？我認為很難，但是不排除有極端個例！？別跟我說「距離越遠，星系紅移越大&<速度越快&>」=在465光年此經驗還適用！
3-假設有星系等於光速遠離？則紅移到極大，即波長無窮大？會發生什麼？假如星系超光速遠離那？我認為光會發生藍移-有沒有覺得宇宙有點像圓（球）_腦洞開的有點大了，自行腦補！
4-依據現今宇宙模型（包括大爆炸），越遠的星系越接近宇宙起源越原始才對！但是！但是至今沒有明顯的跡象證明此！即使是我們找到130多億光年的星系，說明我們的理論模型不但錯了，而且錯的離譜！
總結，1-光速不變原理適用的的範圍內，理論上完全可以！
2-實際上，未必能看到！比如宇宙界限可能限制，黑洞的信息（光）毀滅，以及是否存在光在傳播過程中的再加工？由此造成太遠的距離傳播的光信息是否失真變異？
純手機手打，覺得有道理？覺得腦洞大開和啟發？別忘了點贊！