第二章 眼睛与望远镜
第一节 眼睛
对于地上发生的现象，人们可以通过眼、耳、鼻、舌、身这五个官能去取得感性认识，例如看见形体，听出声音，闻到气息，尝到滋味乃至摸着冷、热、软、硬等情况。其中以亲眼所见的情况最重要，所谓“百闻不如一见”就是对眼睛在感性认识中所占突出地位的肯定。
然而，对于地球大气以外所发生的各种天象，因为实在太遥远，人们一般只能用眼睛去观看。至于是否“看得到”、是否“分得清”的问题，则要由眼睛的具体结构和功能来决定。
人眼的基本构造如图2．1所示。在虹膜中央是个洞孔，叫做瞳孔，光线就是从这个洞孔进入眼中的。瞳孔的大小可以通过虹膜肌肉的收缩及扩张作用在2mm至8mm范围内调节，以便控制进入眼中的光量。在虹膜及瞳孔后面就是一个透明的弹性体，叫做晶状体。晶状体的形状类似凸透镜，但它可以通过附近肌肉的作用而变厚或变薄，使眼睛能将物体的影像聚焦于视网膜上。视网膜上有一层对光线敏感的神经细胞，包括杆状细胞和锥状细胞。其中杆状细胞对光的强度很敏感，而锥状细胞则能察觉光的颜色的细微变化。正是这两种细胞将光源的强度、颜色及其分布信息转换为神经脉冲，这些脉冲则沿着视网膜神经纤维传送到视神经，进而到达脑部主控视觉的部位，最终形成人的视觉。人眼可见的各种光的波长一般为（3.9～7.7）×10-7m。
人眼观看天体的本领，可以用灵敏度和分辨率这两类指标来衡量。以看星为例，一个人能够看得到亮度很暗的星，我们说这个人眼睛的灵敏度很高。因此，人所能看得到的亮度最暗的星，就可作为眼睛灵敏度的一种量度。对于正常人的眼睛来说，其灵敏度大致相当于六等星的相对亮度；比六等星更暗（即星等更大）的星光在视觉系统内所产生的神经脉冲会“淹没”在“脑海”之中，人眼是感觉不到的。包括六等星在内的全天可见的星，已知总数在千颗以上。例如，保存至今的我国南宋时（公元1247年） 所刻的苏州石刻天文图就拥有1440颗星。就是现代人直接用眼睛去看夜空，这个数字也不会改变多少。因为古代人和现代人的瞳孔大小是差不多的，所以他们所能接收到的星光总量也大体相同。
对于眼睛的分辨率则可用眼睛所能分得清的最小角度△θm来衡量。这里的△θm是指眼睛所能分开的两个点相对于观测点之间的最小夹角。如果所看两点的夹角小于△θm，则眼睛是分不清这两个点的。因为圆孔的衍射效应，即使是无穷小的一个光点，它在眼内所形成的像也是一个具有一定直径的光斑；而另一个无穷小的光点则会形成同样大小的光斑。如果这两个无穷小的光点靠得很近，则它们在眼内所形成的光斑大部分会重合，眼睛是分辨不清的。Δθm的大小通常采用所谓瑞利判据来决定：
式中λ为可见光的波长，D为人眼瞳孔的直径。在一般情况下，取D＝2mm，λ=0.55μm，则Δθm≈1角分（1′）。这表明如果两颗星相对于观测者的夹角小于1角分，则眼睛会误认为它们是一颗星。即使是同一颗恒星上的任意两点，由于其距离的遥远，它们与观测点联线的夹角也都远小于1角分。因此，所有的恒星（除太阳外）在眼睛看来都是理想的点源。对于主要由众多恒星组成的银河，由于分辨率的限制，人眼更会把它看成类似“河水”或“牛奶”那样的“连续介质体”。