當我們凝望星空，透過天文望遠鏡捕捉到數億光年外的星系時，不禁會產生一個問題：為何這些強大的觀測工具能夠穿透如此遙遠的宇宙空間，卻無法看清星球的表面呢？事實上，不論是星系還是星球，其表面的觀測都受到距離和望遠鏡口徑的雙重限制。
天文望遠鏡的極限分辨角決定了其能夠分辨的最小物體尺寸。這個角度與望遠鏡的口徑和觀測波長直接相關。例如，要分辨4.2光年外一個直徑100公裏的物體，望遠鏡的口徑需要達到242公裏。然而，對於光學望遠鏡來說，這樣的尺寸是不現實的。即便是即將建成的最大光學望遠鏡，其直徑也僅有39米。因此，宇宙中遙遠的天體，即便是恒星，也只能被觀測為一個亮點，而無法呈現其表面細節。
人眼的視角極限決定了我們能夠看到的物體最小尺寸。在正常照度下，人眼瞳孔半徑約為1毫米，最敏感的黃綠光波長為5.5×10負4次方毫米。基於這些參數，人眼的最小分辨角約為1角秒，這意味著距離越遠的物體，其在人眼視網膜上所占的角度越小，進而變得難以分辨。
望遠鏡的發明擴充套件了人類的觀測視野。透過增大口徑，望遠鏡可以提高極限分辨角，從而觀測到更遠、更小的天體。然而，即使如此，望遠鏡的觀測能力依然受限於物理定律和技術實作。例如，要觀察到月球表面的砂礫或遠處行星上的細節，目前的望遠鏡技術仍然無法達到。這不僅是因為距離遙遠，還因為物體的光線在穿越大氣層和宇宙空間時會發生衰減和散射，進一步降低了觀測清晰度。
天文觀測的實際情況更加深了這一挑戰。恒星，即便是最亮的參宿四，由於其遙遠的距離，透過望遠鏡觀察也僅能呈現為一個圓面，而無法揭示其表面特征。只有在極少數情況下，例如當恒星非常巨大且亮度極高時，我們才有可能透過望遠鏡看到其圓面。
星系的觀測則更為特殊。由於宇宙的膨脹，遠處的星系發出的光線在到達地球之前經歷了長時間的紅移，這使得它們看起來更為模糊，且距離越遠，紅移效應越明顯。此外，星系中的恒星和星際物質會相互遮擋，進一步增加觀測難度。盡管如此，科學家們依然能夠透過研究這些天體的光變和射線，間接了解它們的性質和演化歷史。
在尋找和研究太陽系外行星時，科學家們通常依賴於淩日遮光和重力攝動等現象，這些方法能夠揭示行星的存在，但無法提供其表面的詳細資訊。對於這些遙遠的天體，望遠鏡的觀測能力仍然受限於當前的科技水平。
在探測宇宙未知天體的過程中，科學家們不斷推動觀測技術的極限。除了依賴於望遠鏡的口徑和觀測波長之外，他們還利用重力透鏡效應來觀測更遠的天體。當光線穿過質素巨大的天體如星系團時，會發生彎曲，從而使遠處的天體顯得更亮、更近。這一現象使得科學家能夠觀測到比直接觀測更遠的星系和天體，有時候甚至是宇宙的邊緣。
然而，重力透鏡效應也有其局限性，它依賴於天體的分布和位置，並不是所有遙遠的天體都能透過這種方式被觀測到。此外，科學家們還透過研究天體的光變曲線、光譜和其它物理特性，來推測天體的組成、溫度和演化狀態。這種方法對於無法直接成像的天體尤為重要。
隨著科技的發展，未來的觀測技術有望帶來突破。例如，空間望遠鏡如占士·韋伯太空望遠將能夠觀測到更深、更清晰的宇宙景象，因為它們遠離地球大氣層的幹擾，能夠在紅外波段進行觀測。此外，未來的望遠鏡設計，如合成孔徑望遠鏡，有望透過組合多個小口徑望遠鏡的數據，達到相當於更大口徑望遠鏡的觀測效果。這些技術的進步將有助於科學家揭示更多關於宇宙天體的細節，包括它們的表面特征和演化歷程。
雖然天文望遠鏡在觀測遙遠星球表面時面臨諸多挑戰，但科學家們透過不斷創新和利用現有技術的極限，仍然在逐步揭開宇宙的神秘面紗。未來的觀測技術將為人類提供更加深遠和清晰的宇宙視野，帶來更多關於宇宙起源和演化的重大發現。
