瞥见遥远世界的新方法可以让我们第一次真正看到系外行星

我们太阳系以外的行星是相当乏味的东西。如此沉闷，我们只能通过在其母星的眩光中筛选出散射的反射射线来直接看到它们。即便如此，我们能做到的最好的办法就是通过针刺来确定它的位置。

收集足够多的光来揭示这些遥远世界的复杂细节需要一个比我们能建造的任何东西都大得多的镜头。比地球宽一倍。事实上，比木星宽。

幸运的是，宇宙尺度的镜头恰好已经存在。由于质量使空间结构凹陷的方式，像我们自己的太阳这样的重物体可以用作宇宙尺度的望远镜。

这不仅仅是理论上的。所谓的引力透镜在一个多世纪前首次被证明，此后一直被用来推动我们可以看到宇宙多远的极限。

但使用我们自己恒星的滚动质量来揭示系外行星表面颜色和图案的微妙变化——那是另一回事。

2020 年，加州理工学院的物理学家 Slava Turyshev提出了一种技术，通过该技术，可以将围绕行星弯曲的扫描光解析为某种图像。

实现这一目标需要一艘能够覆盖广阔空间的航天器，这将突破当前技术对材料、燃料和速度的限制。

从Turyshev 的想法开始，美国斯坦福大学的两位物理学家现在提出了一种新方法，可以利用太阳扭曲空间的质量，将来自系外行星的微弱光线聚焦成有意义的图像。

虽然他们的方法依赖于将一个哈勃大小的太空天文台发送到我们太阳系的冰冻外围地区，但将汇聚成围绕太阳的环形的光编织成清晰图片的算法只需要一张光的快照。

为了验证这个想法，研究人员使用了旋转地球的气象卫星数据，将其模拟为被称为爱因斯坦环的涂抹漏斗状光。他们的算法成功地破译了扭曲的图像，重建了一个我们称之为家的清晰可辨（如果相当像素化）的世界。

使用太阳观察地球的外观。 （ Madurowicz等人， ApJ ，2022 年）

从理论上讲，这个过程可以使遥远物体的图像比我们使用现代技术所希望的任何东西都要精确 1000 倍。

物理学家布鲁斯·麦金托什 (Bruce Macintosh) 说： “我们想要拍摄围绕其他恒星运行的行星的照片，这些照片与我们拍摄的太阳系中行星的照片一样好。 ”

“通过这项技术，我们希望拍摄一张距离地球 100 光年的行星的照片，它与阿波罗 8 号拍摄的地球照片具有相同的影响。”

自 1990 年代初发现第一颗系外行星以来，天文学家已经发现了超过 5,000颗行星在银河系（甚至更远的地方）环绕恒星运行的迹象。

然而，这些迹象相当于在黑暗中听到脚步声。我们可以推断出这颗行星有多大，以及它可能移动的速度。我们甚至可以筛选出一些关于其大气成分和温度的细节。

其余的留给我们的想象力，灵感来自于构成我们自己的太阳系的行星的特征。

然而，解析系外行星中的云、海洋、矿藏，甚至裂缝和山脉的特征，可以告诉我们更多关于整个宇宙地质特征的共性——包括外星生物学的潜力。

“通过拍摄另一颗行星的照片，你可以看到它，可能会看到绿色的森林样本和海洋的蓝色斑点——这样，很难说它没有生命，”麦金托什说。

使用这种特殊技术的最大障碍是这样一个天文台需要进行的旅程。

目前，航海者一号探测器是有史以来最遥远的人造物体，可以冒险进入外太阳系寒冷的黑暗中。自 1977 年发射以来，它已经覆盖了惊人的 230 亿公里（145 亿英里）。那是地球和太阳之间差距的156倍。

使用太阳作为镜头的系外行星间谍望远镜所需的目的地是创纪录距离的四倍多，而利用我们目前所有的专业知识，这次旅行至少需要一个世纪的时间。

当然，长途太空旅行的创新解决方案可能会让我们更快到达那里。这意味着一个系外行星间谍宇宙望远镜有可能在太阳上拥有它的一天。