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( 二 )



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
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如果地球和半人马座比邻星距离相同(4.24光年),那么由距离太阳650个天文单位的望远镜(即太阳自己的引力透镜)拍摄的地球照片应该是这个样子。如果你看得足够仔细,你甚至可以看到云层和陆地之间的对比——在这张图里,这儿是美国、那儿是下加利福尼亚和墨西哥。托斯和图里舍夫估计拥有这种程度的细节需要的总曝光时间大约是一年。

当然,这个团队也确定了一些最初需要克服的挑战。焦点区的距离是重中之重,它距离地球约822.8亿公里(510亿英里)远。这大约是地球和旅行者一号之间距离的四倍,而旅行者一号保持着迄今为止最远飞行任务的记录——截止2020年,它一共飞行了150个天文单位(224.4亿公里;139.4亿英里)。

其次,他们发现透镜会受到球面像差和反光的影响,需要纠正。最后,太阳强烈的光芒自然会比任何从远处物体获得的光还要亮。

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Toth说:“观测必然需要很长时间(望远镜在焦距区域穿过一千米长的平面时看到一个‘像素’,而且对于每个像素来说,必须收集足够的数据来缓和主要来自日冕的噪音造成的影响。)在此期间,第一,望远镜关于图像的运动痕迹必须被我们精准掌握;第二,瞄准的外行星可能会移动,或在外观(云层、植被等)或亮度上有所改变。一些问题可以被视作噪音,一些则可以被智能的图像重建工作删除。

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艺术家对于这个行星的印象
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围绕离太阳系最近的恒星——比邻星(一颗红矮星)运动的比邻星b。来源:ESO/M.Kornmesser

幸运的是,Toth和Turyshev提出了一些潜在的解决方案。比如他们的概念实验要求使用主镜一米长望远镜的望远镜,2-2.5米长的望远镜也可以。他们主张,这件事可以以派出一支可以矫正偏离的成像航天器小队的方式来实现。

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为了处理来自太阳的影响,需要研制一台结构合适的日冕仪。幸运的是,考虑到太阳焦距的长度,托斯和图里舍夫估计口径在一米左右的日冕仪就足够用了。这很像那种由许多小航天器组合成一架空间望远镜似的科技,它也需要等待技术未来的发展。

但其成果,包括潜在可居住行星的解析图像,将是不可估量的。想象一下给比邻星b拍照,照片上能看出其陆地的大小和形状,就如同它一旁浩瀚的海洋一样(假设它有陆地和海洋)。如果能拍到比邻星c的照片那该有多酷啊,它被认为是一个有着和土星类似光环系统的气态巨行星。

有三颗行星在TRAPPIST-1的可居住带内运行,它们的表面都可能有大面积的海洋。我们还得到了极其有价值的科学数据,包含可能揭示邻近系外行星大气中是否存在与我们生活息息相关的化学特征的光谱(又称“生物信号”)。

拥有一台专用的太阳引力透镜望远镜,也是下一代望远镜的合适补充,它们将在近几年内投入使用。这些望远镜包括詹姆斯·韦伯望远镜(JWST)和南希·格蕾丝·罗曼太空望远镜(JWST),它们将在哈勃望远镜和开普勒望远镜的硕果之上,于邻近星系继续寻找系外行星。

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同样,带有光学自适应和日冕仪的地面望远镜——像欧南台的超大望远镜(ELT)和大麦哲伦望远镜(GMT)——将允许对离恒星轨道更近、体量更小的岩石行星进行直接成像研究。特别是在较暗的M型(红矮星)恒星附近,那里是最有可能找到潜在的宜居行星的地方。

在最后,我们正在进入一个天文学和天体生物学的新时代,一个比对系外行星的研究还要超前,且聚焦在特性描述与对外星生命的搜索的时代!在这个时候,投资太阳引力透镜是否值得令人产生疑问。

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Turyshev总结道:“在未来的十至十五年内我们会以间接的方式(透射光谱学、径向速度、天体测量学、微透镜等)探索上千个太阳系外的星球。一旦我们有了令人激动的一组目标,太阳引力透镜就会帮助我们进行研究。我们可以发布一个关于太阳引力透镜的焦点区域聚集在特定目标上的任务,并研究这个预先选择的目标或目标系统。

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