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科学家们想把地球变成一个放大镜,它能将远处天体的光放大22500倍
2019-08-09作者:浏览次数:70  来源:中国科学报
科学家们想把地球变成一个放大镜,它能将远处天体的光放大22500倍
月球外的太空望远镜可以利用地球大气层作为透镜,将遥远物体的光放大22500倍。
当它在未来10年的某一天建成时,直径近40米的欧洲巨型望远镜将成为世界上最大的望远镜。但是现在一位天文学家想出了一个更强大的空间望远镜的想法,它将利用地球大气层本身作为一个自然透镜来收集和聚焦光,相当于一个150米的望远镜。
美国哥伦比亚大学(Columbia University)的天文学家David Kipping发现,位于月球外的一个1米大小的太空望远镜,通过聚焦地球边缘的大气层,可以将暗物质放大数万倍。
尽管地球的大气层变化如此之大,以至于基平的地球望远镜无法产生与哈勃太空望远镜相当的美丽图像,但它可以找到比当前水平更弱的物体,包括威胁地球的小型银河系外行星或小行星。Kipping承认需要做更多的工作来证明这一想法,但必要的技术已经存在。”这些不是再发明,只是需要更努力的推动,”他说。
上周读过基平关于arxiv的论文的天文学家们既高兴又谨慎。荷兰莱顿大学的马特·肯沃思说,他“对科学家们投入的能源数量感到震惊”,但他希望有更多的证据来证明这项技术是有效的。我想坐下来做一个更现实的模型。”肯沃思说。
加州帕洛阿尔托市斯坦福大学Bruce Macintosh补充道:“这是一个有趣的思维实验,但有很多细节需要仔细考虑。”
Kipping以在其他行星系统中搜索卫星而闻名,去年成为发现第一颗太阳系外卫星的有力竞争者。他说,TerraScope最初的想法是在13年前,当时它研究了一种罕见的叫做绿光的大气现象,即当太阳落在地平线以下时,大气的折射和散射一起选择了来自太阳的绿光。他意识到,当太阳从地球后面经过,其光线被地球周围的空气折射时,就有可能从正确的地方看到一个完整的绿色光环。
Kipping的灵感也来自于太阳本身可以被用作透镜的想法——它的引力可以把光聚焦在太空探测器上。这样的太阳透镜可以将光放大一百万到十亿倍,从而可以看到系外行星的表面。这个想法促使欧洲航天局在1993年迅速发射了一个巨大的天文透镜。但该计划从未得到足够的支持,因为探测器的距离必须是太空中太阳和地球之间距离的550倍,而航天器要达到这个距离需要一个世纪的时间。
但Kipping说,地球望远镜可能离我们更近。他计算出从地球后面的天体反射的表面光将投射到月球外侧月球与地球之间距离的85%的焦点上。到达这个焦点的光很可能会遇到云和湍流,因为它通过较低的大气层。然而,如果探测器移动到150万公里的距离,也就是大约四个月远的距离,它可以在13.7公里的高度收集穿过平静无云平流层的光。
Kipping计算出,如果你用一米的望远镜观察整个夜晚,你会发现天体的亮度增加到原来亮度的22500倍,相当于使用150米的望远镜。他说,地球仪的强大放大率意味着它将能够很好地探测到非常弱的物体,或者识别亮度的微小变化,这将使它能够在天空中扫描非常小、非常暗的小行星,或者在银河系外行星从前方经过时测量亮度的微小变化。明亮的星星。。
为了避免被明亮的地球所眩目,望远镜需要一个被称为日冕的面罩来覆盖它。Kipping还说,他没有考虑到“辉煌”的影响。“亮度”是通过发光和其他过程在高层大气中发出的暗淡光线。但他指出,这种发光现象可以通过滤波器或数字技术消除。基平说,可以用一个便宜的烤箱大小的立方体卫星任务来测试地形镜的概念。
Kenworthy说,大气的变化可能会严重降低地镜望远镜的成像质量。为了评估这种影响,他说,“下一步是使用真实的地球大气模型进行射线追踪。”理想情况下,巨型透镜应该将光聚焦在一个点上。实际上,你可能会看到一些地方。”
Macintosh同意了。”地球大气层是一个非常不令人满意的透镜,因此它产生了非常模糊的图像。“但是作为一个巨大的放大“光桶”,它可能在研究天体亮度的非常微弱的变化中起到作用。
至少Kipping让天文学家们开始讨论这个想法。”我不会在这张纸上发射卫星,”Kenworthy说。但这是很好的第一步。

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