斯坦福大學(xué)天體物理學(xué)家構(gòu)思的"重力望遠(yuǎn)鏡"技術(shù)拍攝系外行星比現(xiàn)有技術(shù)強(qiáng)大1000倍

一個(gè)重建地球圖像的家構(gòu)鏡技技術(shù)例子，使用太陽引力透鏡投射的重力圍繞太陽的光環(huán)。實(shí)現(xiàn)這種重建的望遠(yuǎn)外行算法可以應(yīng)用于系外行星，以獲得更好的斯坦思的術(shù)拍攝系成像。

描繪這種概念性系外行星成像技術(shù)與現(xiàn)有成像想法相比的體物動(dòng)圖。
（神秘的理學(xué)地球uux.cn報(bào)道）據(jù)cnBeta：斯坦福大學(xué)天體物理學(xué)家構(gòu)思的一種未來的"重力望遠(yuǎn)鏡"技術(shù)可以使天文成像比今天的任何技術(shù)都要先進(jìn)。自1992年第一顆系外行星被發(fā)現(xiàn)以來，家構(gòu)鏡技技術(shù)天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了5000多顆圍繞其他恒星運(yùn)行的重力西安外圍（外圍預(yù)約）外圍女聯(lián)系方式（電話微信189-4469-7302）一二線熱門城市上門行星。然而，望遠(yuǎn)外行我們對(duì)它們的斯坦思的術(shù)拍攝系了解相對(duì)較少：我們知道它的存在和它的一些特征，但其余的是一個(gè)謎。
為了避開望遠(yuǎn)鏡的物理限制，斯坦福大學(xué)的天體物理學(xué)家一直在開發(fā)一種新的概念性成像技術(shù)，它將比目前使用的最強(qiáng)的成像技術(shù)精確1000倍。通過利用引力對(duì)時(shí)空的扭曲效應(yīng)，即所謂的引力透鏡，科學(xué)家們有可能操縱這一現(xiàn)象，創(chuàng)造出比目前可用的任何技術(shù)都要先進(jìn)的成像。
在今天（2022年5月2日）發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》上的一篇論文中，研究人員描述了一種操縱太陽引力透鏡以觀察太陽系外行星的方法。通過將望遠(yuǎn)鏡、太陽和系外行星放在一條線上，太陽在中間，科學(xué)家可以利用太陽的引力場(chǎng)來放大系外行星經(jīng)過時(shí)發(fā)出的光線。相對(duì)于放大鏡有一個(gè)彎曲的表面使光線彎曲，引力透鏡有一個(gè)彎曲的時(shí)空，能夠?qū)b遠(yuǎn)的物體進(jìn)行成像。
斯坦福大學(xué)人文與科學(xué)學(xué)院的物理學(xué)教授、卡夫里粒子天體物理學(xué)和宇宙學(xué)研究所（KIPAC）副所長布魯斯-麥金托什說："我們想拍攝圍繞其他恒星運(yùn)行的行星的照片，其效果不亞于我們對(duì)自己太陽系中的行星所做的照片。有了這項(xiàng)技術(shù)，我們希望能拍攝一張100光年外的行星的照片，其影響力與阿波羅8號(hào)拍攝的地球照片相同。"
目前的問題是，他們提出的技術(shù)將需要比目前更先進(jìn)的太空旅行。不過，研究人員說，這一概念的前景以及它可能揭示的其他行星的情況，使它值得繼續(xù)考慮和發(fā)展。
讓光彎曲的好處
引力透鏡直到1919年的日食期間才被實(shí)驗(yàn)觀察到。由于月亮阻擋了來自太陽的光線，科學(xué)家們能夠看到太陽附近的星星偏離了它們的已知位置。這是明確的證據(jù)，證明引力可以彎曲光線，也是愛因斯坦的相對(duì)論正確的第一個(gè)觀察證據(jù)。后來，在1979年，斯坦福大學(xué)教授馮-埃什勒曼發(fā)表了一份關(guān)于天文學(xué)家和航天器如何利用太陽引力透鏡的詳細(xì)說明。(同時(shí)，包括斯坦福大學(xué)KIPAC的許多天文學(xué)家現(xiàn)在經(jīng)常利用最大規(guī)模星系的強(qiáng)大引力來研究宇宙的早期演變）。
但直到2020年，人們才詳細(xì)探索了這種成像技術(shù)，以觀察行星。加州理工學(xué)院噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的斯拉瓦·圖里舍夫描述了一種技術(shù)，即天基望遠(yuǎn)鏡可以使用火箭圍繞行星的光線進(jìn)行掃描，以重建一份清晰的圖像，但該技術(shù)需要大量的燃料和時(shí)間。
在Turyshev工作的基礎(chǔ)上，KIPAC的博士生亞歷山大·馬杜羅維奇發(fā)明了一種新的方法，可以從直視太陽的單一圖像中重建一個(gè)行星的表面。通過捕捉太陽周圍由系外行星形成的光環(huán)，馬杜羅維奇設(shè)計(jì)的算法可以通過扭轉(zhuǎn)引力透鏡的彎曲來消除光環(huán)的扭曲，從而將光環(huán)重新變成一個(gè)圓形的行星。
馬杜羅維奇通過使用位于地球和太陽之間的衛(wèi)星DSCOVR拍攝的旋轉(zhuǎn)地球的圖像來展示他的工作。然后，他用一個(gè)計(jì)算機(jī)模型來觀察地球在太陽引力的扭曲作用下會(huì)是什么樣子。通過將他的算法應(yīng)用于觀測(cè)，馬杜羅維奇能夠恢復(fù)地球的圖像并證明他的計(jì)算是正確的。
為了通過太陽引力透鏡捕捉到系外行星的圖像，一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡必須被放置在比冥王星更遠(yuǎn)的地方，超過我們太陽系的邊緣，比人類曾經(jīng)發(fā)送過的航天器還要遠(yuǎn)。但是，這個(gè)距離只是太陽和系外行星之間光年的極小部分。
"通過解開被太陽彎曲的光線，可以創(chuàng)造出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通望遠(yuǎn)鏡的圖像，"馬杜羅維奇說。"因此，科學(xué)潛力是一個(gè)未開發(fā)的謎，因?yàn)樗_啟了這種尚不存在的新的觀測(cè)能力。"
目標(biāo)設(shè)定在太陽系之外
目前，為了以科學(xué)家描述的分辨率對(duì)一顆系外行星進(jìn)行成像，我們需要一個(gè)比地球?qū)?0倍的望遠(yuǎn)鏡，當(dāng)然這是不可能的。而通過像望遠(yuǎn)鏡一樣利用太陽的引力，科學(xué)家們可以將其作為一個(gè)巨大的自然透鏡來利用。一個(gè)哈勃大小的望遠(yuǎn)鏡與太陽引力透鏡相結(jié)合，足以對(duì)系外行星進(jìn)行成像，其功率足以捕捉表面的精細(xì)細(xì)節(jié)。
馬杜羅維奇說："太陽引力透鏡為觀察開辟了一個(gè)全新的窗口，這將足以用來調(diào)查行星大氣的詳細(xì)動(dòng)態(tài)，以及云層和表面特征的分布，我們現(xiàn)在沒有辦法調(diào)查這些。"
但是，按目前的航天發(fā)展水平，人類至少需要50年的時(shí)間才能部署這項(xiàng)技術(shù)，很可能更長。為了采用這種技術(shù)，我們需要更快的航天器，如果用當(dāng)今最先進(jìn)的載具計(jì)算，可能需要100年的時(shí)間才能到達(dá)鏡頭。使用太陽帆或太陽作為引力彈弓，時(shí)間可能短至20或40年。盡管時(shí)間表不確定，但看到一些系外行星是否有大陸或海洋的可能性始終是他們的動(dòng)力。兩者的存在是一個(gè)強(qiáng)有力的指標(biāo)，表明在一個(gè)遙遠(yuǎn)的星球上可能存在生命。
"這是發(fā)現(xiàn)其他行星上是否有生命的最后步驟之一，通過拍攝另一個(gè)星球的照片，你可以看到作為森林的綠色斑塊和作為海洋的藍(lán)色斑點(diǎn)--有了這些，就很難說它沒有生命了。"