Почему современные телескопы могут сфотографировать галактики в миллионах световых лет, но не могут сделать чёткое фото экзопланеты, находящейся в 4-х?
Интересный вопрос. Давайте разбираться вместе. Этому есть две основные причины.
Яркость
Одним из отличий между звёздами и планетами является то, что звёзды являются источниками света. Планеты же сами по себе не излучают свет, а только отражают свет звезд.
Поэтому планеты всегда намного менее яркие, чем звёзды. Самая холодная и тусклая звезда будет намного порядков ярче, чем планета даже с самым высоким альбедо (коэффициент отражения).
Экзопланета в представлении художника
Чтобы оптический телескоп мог «увидеть» тусклый объект нужно, чтобы как можно больше фотонов, испущенных или отраженных объектом, попало в объектив телескопа. Именно поэтому телескопы стараются делать все с большей апертурой (диаметр объектива). При этом количество фотонов на единицу площади уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния до наблюдаемого объекта.
Галактики состоят из сотен миллиардов и триллионов звёзд, каждая из которых излучает прорву фотонов. Экзопланета же всего-лишь отражает ничтожную долю блеска всего одной звезды, вокруг которой вращается.
Размеры
Человек задавший вопрос видимо не отдаёт себе отчёт насколько огромны галактики, по сравнению с планетами. Для примера диаметр нашей галактики — 105 700 св. лет. т.е. примерно 9.99 × 10¹⁷ км, а диаметр Юпитера — крупнейшей планеты Солнечной системы 1.4 × 10⁵ км. Т.е. наша галактика в 7.13 × 10¹⁴ раз больше Юпитера.
Юпитер
Я даже напишу это число полностью: 713 000 000 000 000. Столько Юпитеров нужно поставить вплотную друг к другу, чтобы получилась линия длиной в нашу галактику.
Используя формулы школьной геометрии несложно посчитать угловой размер любого объекта в небе. Для этого нужно мысленно представить себе равнобедренный треугольник одной из вершин которого является Солнце, а двумя другими — противоположные края объекта, который мы хотим наблюдать.
Отсюда угловой размер δ легко вычисляется, как δ = 2 arctan ( d / 2D), где d – диаметр наблюдаемого объекта, а D – расстояние до него.
К примеру если бы наш Юпитер находился возле проксимы Центавра, то его угловой размер был бы равен 3.48 × 10⁻⁹ радиан или 0.0007 угловой секунды.
Галактика Андромеда
А вот галактика Андромеда находящаяся на расстоянии 2.5 млн световых лет от Солнца и имеющая 220 тыс. световых лет в поперечнике имеет угловой размер 0.0867 рад т.е. почти 3 градуса (если бы галактика Андромеда была повёрнута перпендикулярно лучу зрения, то было бы все 5), что в 6 раз больше среднего углового размера Луны. К сожалению мы не видим её в ночном небе, потому что яркость её излучения значительно ниже порога чувствительности человеческого глаза.
Спиральная галактика NGC 4414
Подводя итог, телескопы не могут получить сколько-нибудь качественные изображения экзопланет, потому, что планеты слишком малы и не излучают свет, а только отражают небольшую часть света звезды. А вот галактики напротив имеют огромный размер и излучают много света, поэтому несмотря на огромные расстояния телескопы в состоянии получить довольно неплохие изображения галактик.
Это можно сравнить со следующим примером: находясь на берегу вы без проблем можете увидеть башню маяка находящуюся в 5 километрах от вас, при этом муху сидящую на темной поверхности в 5 метрах от вас едва ли сможете различить.