信噪比

试着在喧闹的派对上听清朋友的低语，你就遇到了一切测量的核心难题：你探测到的究竟是真实信号，还是只是噪声？在天文学中，信号是来自目标的光；噪声则是始终伴随其上的随机颗粒感。信噪比衡量信号能多有把握地凌驾于噪声之上。

噪声有若干来源——光子的随机抵达（即便源稳定，计数也会涨落）、天空的辉光，以及探测器的电子学——但最根本的是光子噪声，它随收集到的光子数的平方根增长。由于信号随光子数本身增长，而噪声只随其平方根增长，信噪比便随收集到的总光量的平方根上升。收集到四倍的光子，比值翻倍；信噪比为 10 的探测意味着信号是典型噪声起伏的十倍，是个可靠的结果，而比值接近 1 则淹没在颗粒之中。

这条平方根定律支配着天文学家如何度过他们的夜晚。要提高一个暗弱天体的信噪比，你必须收集更多光子——靠更大的口径、更高效的探测器，或干脆曝光更久，即积分时间。但回报递减：把一个暗弱星系的信噪比翻倍，意味着曝光时间要延长四倍。这种深度与时间之间的权衡，比任何其他因素都更能决定一台望远镜实际能观测到什么。