人类已经发现了六千多颗太阳系外的行星。
但说实话,绝大多数不是“看”见的——靠凌星法捕捉星光微弱的周期性变暗,或者通过引力扰动推算那里可能有个东西在绕恒星转。
网上流传的那些行星照片,几乎全是艺术想象图。
真正直接拍到的系外行星,撑死就是一个模糊的光点,连轮廓都谈不上。
韦伯望远镜主镜直径6.5米,造价100亿美元,已经是人类能送上天的最大的镜子了。
但想拍清一颗系外行星的地表,理论上需要一面直径接近90公里的镜片。
把一座城市那么大的东西送上太空,就为了看清几光年外的一颗小行星——这笔账怎么算都不划算。
于是有人换了个思路。
既然人造镜片做不了那么大,能不能借宇宙里现成的东西?
信息来源:科学网
爱因斯坦的广义相对论说了,质量会弯曲时空。
光经过大质量天体旁边时,路线会被掰弯。
太阳质量足够大——占了整个太阳系总质量的99.86%——所以远方星球传来的光经过太阳附近时,会被引力弯折,然后在太阳背后很远的地方重新聚到一块儿。
这就像一面宇宙级的放大镜,学名叫太阳引力透镜。
站在正确的位置上,就能接住那些被太阳掰弯的光。
太阳干的活跟透镜一模一样,只不过它不用玻璃折射光线,用引力。
太阳本身成了望远镜的一部分。
NASA喷气推进实验室的科学家斯拉瓦·图里舍夫已经研究这个概念好些年了。
2020年,这个项目拿到了NASA创新先进概念计划200万美元的资助,进入了该计划历史上第三个第三阶段研究。
图里舍夫今年77岁,放话说自己有生之年要看到系外行星的高清照片。
但问题来了——望远镜得放哪儿?
信息来源:中国科学院
答案是距离太阳至少550个天文单位之外。
一个天文单位是地球到太阳的距离,550个天文单位大约是823亿公里。
光自己跑过去都要三天多。
旅行者一号1977年发射,飞了快半个世纪,才走了250多亿公里,连这个距离的三分之一都不到。
也就是说,想用太阳当镜头,得把望远镜送到比旅行者一号还远两三倍的地方,基本算是扔出太阳系了。
普通化学火箭根本撑不住。
靠现在的手段飞过去可能要一百多年。
一个科学任务要等三四代人才能看到结果,就算有人愿意投钱,中间变数太大——政府换届、国际局势变化,随便一个波动都可能让任务泡汤。
科学家提出了另一个方案:太阳帆。
可以把它想象成太空里的帆船。
信息来源:人民资讯
地球上的帆船靠风推,太阳帆靠光推——光没有质量,但有动量。
太阳光打在一面极薄、极轻、高反射的帆上,会产生一个微弱但持续的推力。
太空里没有空气阻力,时间足够长,探测器就能被越推越快。
更绝的是飞行路线。
探测器不直接往外飞,而是先冲向太阳——这个动作叫“太阳潜航”。
它会飞到距离太阳表面大约1500万公里的地方,那结语里温度极高,辐射强到可怕,太阳帆得扛住几千度的高温。
然后在最接近太阳的时候翻面,太阳的引力把它狠狠甩出去,光压再推一把。
计算显示,探测器的速度能达到每秒125公里左右。
一年大约能飞26个天文单位,算下来20年左右就能抵达工作区域。
NASA的计划是每年发射一组探测器,形成从太阳系内部延伸到星际空间的探测器链。
图里舍夫团队还在研发一个叫“Sundiver”的验证航天器,2027年计划发射。
总重不到10公斤,展开六片扇形太阳帆,每片20平方米。
按照规划,2034年前可能要部署六艘配备更大帆面的航天器。
信息来源:中国科普博览
如果这一切真能成,效果会相当惊人。
在太阳透镜焦点部署几台配备一米镜面的空间望远镜,天文学家可以捕捉到800×800像素的系外行星图像。
这个清晰度不仅能呈现海洋和大陆,还能捕捉到地球上象征光合作用的绿色调。
比邻星b距离地球4.2光年,是离我们最近的系外行星,也是这颗“太阳望远镜”最可能瞄准的目标。
假如那里真有文明,理论上甚至可能看到城市一样的光斑。
这听起来已经不像望远镜了,更像是人类第一次用上了物理外挂,把眼睛伸到了另一个太阳系。
当然,这一切还停留在理论和初步验证阶段。
从太阳帆材料、高温防护到图像重建算法,每一环都是硬骨头。
但至少这条路已经被指出来了——用一颗恒星当镜头,去拍另一颗恒星旁边的世界。
这事儿听着像科幻,但做这件事的人,都是正经科学家。