哈勃在火星上能看到什么细节？

我正在研究一部科幻小说的场景，其中不久的主角通过火星轨道上的固定式望远镜观察地球。我的目标是了解他们可以合理分辨多少细节。

就我的目的而言，哈勃望远镜可能是一个合理的比较。我发现了哈勃在近距离拍摄的火星图像，但我不知道这些图像是否代表了最佳分辨率，还是仅仅代表当时选择或提供的分辨率，或者实际上是否对整个行星进行了更高的成像分辨率比在大众媒体上发布的照片​​要高。

像哈勃望远镜那样的望远镜能观察到比下面的文章中显示的更多的细节吗？如果是这样，可以合理地解决什么问题？大城市？个别建筑物？

从Vox.com的哈勃望远镜可以看到星系不可能遥远。这是看火星和土星时发生的情况。

上图：从来源 NASA，ESA和STScI中裁剪而来

以上：裁剪从源 NASA /哈勃

忘了放大。知道望远镜的人不会以放大倍数来思考。重要的是角度分辨率或分辨力：您可以在仪器中看到的最小细节的角度大小。

经验法则：使用可见光时，直径为10厘米的望远镜的分辨力为1弧秒。这些数字成反比。20厘米望远镜可分辨0.5弧秒的细节。一米长的望远镜分辨0.1弧秒。

哈勃望远镜的孔径（直径）为2.4 m，因此其分辨力为0.04弧秒。

地球与火星之间的最小距离约为5500万公里，而且这种情况很少发生。最大距离为4亿公里。“平均”距离为2.25亿公里（但实际距离始终在变化）。

让我们在5500万公里处应用0.04 arcsec的切线：

https://www.wolframalpha.com/input/?i=tan(0.04+arcseconds)+*+55000000

10公里 它只能看到主要的地理特征。

要查看建筑物（低至10 m的比例），需要将分辨率提高1000倍。这意味着光圈为2.4公里。经典的望远镜设计都无法提供这一点。它必须是某种干涉测量设计-一个大而平坦的场，其中将几面镜子分开放置几公里，并光学耦合以用作单个巨大的镜子（嗯，这是一种直观的解释）。

它类似于亚利桑那州弗拉格斯塔夫附近的海军精密光学干涉仪。

Valles Marineris的一些较宽，平坦的部分可能为干涉仪提供了一个很好的位置。Acidalia Planitia将为建造大型干涉仪提供更大的空间，并且应该是建造一般结构的好地方-平坦至超地平线；在这里，很多书/电影《火星人》都在讲述他们的故事。但是任何大而合理的平坦领域都可以使用。

以上所有假设均假设地球与火星之间的距离最近。实际上，该距离大于该距离，因此光圈必须增加。如果要区分建筑物等结构，您正在考虑以几十公里为基准的干涉仪。

可以想象，干涉仪可以内置在轨道上，但是必须确保以极高的精度保持反射镜之间的距离。在行星表面上，地面可提供所需的刚度。在太空中，您必须……不知道，使用太空魔术。

的哈勃望远镜具有2.4米镜和是相当多的衍射限制，因此在比方说为240nm的近UV波长具有约角分辨率弧度。火星离地球最近的距离$10^{-7}$大约为5460万公里，因此理论上的最小分辨率介于5和6公里之间。因此，如果大城市之间存在许多反差，则可能会可见。由于最接近火星的观察者正直视着地球的夜晚，因此，一个光线充足的城市可能很容易发现，另一方面，他们也或多或少地直视太阳，这可能会给问题。仍然有些时候，距离只有70或8000万公里，与太阳的角度更容易控制，因此在紫外线下分辨率为10公里，在可见光下分辨率为20公里是可信的。