比哈勃还给力！把太阳当作引力透镜望远镜，可看清系外行星表面
正如爱因斯坦最初用他的广义相对论预言的那样，引力会改变时空曲率。正因如此，光在通过引力场时会发生改变，广义相对论因此而被证实。几十年间，天文学家一直在利用它产生的引力透镜(GL)效应——在这种效应中，远处的光源被前景的巨大物体所聚焦并放大。
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在研究中，两位理论物理学家声称可以用同样的方式利用太阳来制造太阳引力透镜（SGL）。他们认为，这个强大的望远镜可以提供足够的光放大，以便对附近的系外行星进行直接成像研究。这可以让天文学家确认，我们早先派出任务研究的像比邻星b之类的行星，是否具有成为宜居地的潜力。
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这项研究最近出现在了网上，并且考虑将在期刊《物理评论D》上发表，理论物理学家维克托·托斯和美国宇航局喷气推进实验室的物理学家斯拉瓦·G·图里舍夫负责这项研究，斯拉瓦·G·图里舍夫是2020年国家原子能机构第三期研究的主要研究者(PI)。这项研究名为“基于太阳引力透镜任务的系外行星直接多像素成像和光谱学研究”。
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哈勃望远镜在其服役期间拍摄到的爱因斯坦环
图源：NASA/ESA/A.Bolton(CfA)/SLACS Team
除了能够实现各种深奥的天体物理学研究，通过引力透镜也拍摄到了迄今为止最为壮观的宇宙图片。其中以“爱因斯坦环”最为著称，它展示了遥远的光在遇到它和观测者之间的引力场时会变成什么样。
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依据观测者、光源和透镜的对齐位置不同，光源发出的光可以呈现出弓形、十字形或者其他形状。虽然任何大质量的天体都可以被用作引力透镜，但太阳在引力透镜天文学中具有优势地位。首先，它是太阳系中质量最大的天体，是最强的可用透镜。
其次，这个透镜的焦点区距离太阳550个天文单位，这是未来任务可以实现到达的距离。下一个最大天体（木星）的焦点区距离它超过2400个天文单位。简而言之，科学家可以制造一个和太阳在一条直线上的太阳引力透镜，并将它用于天文观测——比如仔细观测邻近的系外行星！
在地外行星特征研究方面，直接成像是一种特别有前途的研究方法，它能使未来系外行星的研究聚焦于之前从未涉足过的地方（相对于系外行星探测）。通过检测被行星大气或表面所直接影响的光，天文学家们可以得到其光谱并通过光谱了解这颗行星的大气构成，甚至能探测其表面植被情况。
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太阳引力透镜成像示意图。将太阳的引力场作为透镜，未来的任务可以捕捉到高分辨率的系外行星和其他天体的图像。图源：托斯·V·T.& 图里舍夫··S·G.
然而，这个方法有点麻烦，因为最近的望远镜没有足够的分辨率为较小的行星直接成像，这些行星的轨道都更靠近它们的恒星（岩石行星在此发现）。这就是为什么绝大多数能被直接成像的系外行星都是巨大的气体行星，它们都具有典型的长公转周期轨道。正如图里舍夫在邮件告诉《今日宇宙》的那样：
直接观测和成像系外行星我们需要借助非常大的望远镜。因此，如果我们想要在100光年外的一个像素点内看清我们的地球，我们需要一个口径达90千米的望远镜。
第二大的地面（欧洲特大望远镜）和空间（詹姆斯·韦伯望远镜）望远镜口径分别是39米和6.5米。被考虑用于取代这些巨型设备的是口径16米的大型紫外/可见光/红外探测卫星（LUVIOR)和/或口径24米的宜居行星影像卫星（HabEx)。
图里舍夫认为，基于这种趋势，没有人能在有生之年近距离看到外星世界的样子，即便是他们的孩子和孙子也不行。借助太阳引力透镜，可在本世纪中期实现对邻近系外行星的观测（如比邻星b和c或者围绕TRAPPIST-1的七颗岩石行星）
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当通过太阳引力透镜观测距半人马座比邻星4.24光年的地球时，我们的星球可能长这样。图源：托斯·V·T.& 图里舍夫··S·G.
为了验证太阳引力透镜的可行性，托斯和图里舍夫借助原先的研究，为太阳引力透镜构建了一个波理论描述。最终，他们证实了这一点，甚至模拟出了经卷积和加入高斯噪音（左）及反卷积（右）后，分辨率为1024*1024像素的地球照片（如上图所示）。
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