比哈勃還給力!把太陽當作引力透鏡望遠鏡,可看清系外行星表面( 二 )



比哈勃還給力!把太陽當作引力透鏡望遠鏡,可看清系外行星表面
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如果地球和半人馬座比鄰星距離相同(4.24光年),那么由距離太陽650個天文單位的望遠鏡(即太陽自己的引力透鏡)拍攝的地球照片應該是這個樣子。如果你看得足夠仔細,你甚至可以看到云層和陸地之間的對比——在這張圖里,這兒是美國、那兒是下加利福尼亞和墨西哥。托斯和圖里舍夫估計擁有這種程度的細節需要的總曝光時間大約是一年。

當然,這個團隊也確定了一些最初需要克服的挑戰。焦點區的距離是重中之重,它距離地球約822.8億公里(510億英里)遠。這大約是地球和旅行者一號之間距離的四倍,而旅行者一號保持著迄今為止最遠飛行任務的記錄——截止2020年,它一共飛行了150個天文單位(224.4億公里;139.4億英里)。

其次,他們發現透鏡會受到球面像差和反光的影響,需要糾正。最后,太陽強烈的光芒自然會比任何從遠處物體獲得的光還要亮。

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Toth說:“觀測必然需要很長時間(望遠鏡在焦距區域穿過一千米長的平面時看到一個‘像素’,而且對于每個像素來說,必須收集足夠的數據來緩和主要來自日冕的噪音造成的影響。)在此期間,第一,望遠鏡關于圖像的運動痕跡必須被我們精準掌握;第二,瞄準的外行星可能會移動,或在外觀(云層、植被等)或亮度上有所改變。一些問題可以被視作噪音,一些則可以被智能的圖像重建工作刪除。

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藝術家對于這個行星的印象
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圍繞離太陽系最近的恒星——比鄰星(一顆紅矮星)運動的比鄰星b。來源:ESO/M.Kornmesser

幸運的是,Toth和Turyshev提出了一些潛在的解決方案。比如他們的概念實驗要求使用主鏡一米長望遠鏡的望遠鏡,2-2.5米長的望遠鏡也可以。他們主張,這件事可以以派出一支可以矯正偏離的成像航天器小隊的方式來實現。

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為了處理來自太陽的影響,需要研制一臺結構合適的日冕儀。幸運的是,考慮到太陽焦距的長度,托斯和圖里舍夫估計口徑在一米左右的日冕儀就足夠用了。這很像那種由許多小航天器組合成一架空間望遠鏡似的科技,它也需要等待技術未來的發展。

但其成果,包括潛在可居住行星的解析圖像,將是不可估量的。想象一下給比鄰星b拍照,照片上能看出其陸地的大小和形狀,就如同它一旁浩瀚的海洋一樣(假設它有陸地和海洋)。如果能拍到比鄰星c的照片那該有多酷啊,它被認為是一個有著和土星類似光環系統的氣態巨行星。

有三顆行星在TRAPPIST-1的可居住帶內運行,它們的表面都可能有大面積的海洋。我們還得到了極其有價值的科學數據,包含可能揭示鄰近系外行星大氣中是否存在與我們生活息息相關的化學特征的光譜(又稱“生物信號”)。

擁有一臺專用的太陽引力透鏡望遠鏡,也是下一代望遠鏡的合適補充,它們將在近幾年內投入使用。這些望遠鏡包括詹姆斯·韋伯望遠鏡(JWST)和南希·格蕾絲·羅曼太空望遠鏡(JWST),它們將在哈勃望遠鏡和開普勒望遠鏡的碩果之上,于鄰近星系繼續尋找系外行星。

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同樣,帶有光學自適應和日冕儀的地面望遠鏡——像歐南臺的超大望遠鏡(ELT)和大麥哲倫望遠鏡(GMT)——將允許對離恒星軌道更近、體量更小的巖石行星進行直接成像研究。特別是在較暗的M型(紅矮星)恒星附近,那里是最有可能找到潛在的宜居行星的地方。

在最后,我們正在進入一個天文學和天體生物學的新時代,一個比對系外行星的研究還要超前,且聚焦在特性描述與對外星生命的搜索的時代!在這個時候,投資太陽引力透鏡是否值得令人產生疑問。

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Turyshev總結道:“在未來的十至十五年內我們會以間接的方式(透射光譜學、徑向速度、天體測量學、微透鏡等)探索上千個太陽系外的星球。一旦我們有了令人激動的一組目標,太陽引力透鏡就會幫助我們進行研究。我們可以發布一個關于太陽引力透鏡的焦點區域聚集在特定目標上的任務,并研究這個預先選擇的目標或目標系統。

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