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把地球变成巨型放大镜,亮度进步22500倍,小行星无处遁行
2019-11-24 00:19:44

大数据文摘出品

来历:Sciencemag

编译:李世林、刘俊寰

读过《三体》的小伙伴们应该都记住这经典的一段——红岸基地的叶文洁灵光一闪,把太阳作为信号扩大器,向广袤世界宣布人类的啼鸣,露出地球的坐标,然后拉开了整个三体故事的前奏。

可是,并不是只要小说才会把目光投向天然星体,有科学家就企图把地球当成一个巨型扩大镜,造出史上最大的太空望远镜。

关于太空望远镜来说,口径巨细直接影响着空间分辩率,空间分辩率越高,望远镜对方针物体细节分辩的才能就越强,得到的信息也就越多。

比方欧洲的超大望远镜ELT,它在提出之际就备受重视,最首要的原因仍是在于其近40米直径的主镜结构,让ELT成为名副其实的世界上最大的望远镜。

但有地理学家以为还存在一种更大的太空望远镜,直径可达150米。它由哥伦比亚大学的地理学家David Kipping提出,首要使用地球大气层自身作为天然透镜来搜集和聚集光线,可以将暗物体的亮度扩大数万倍。

被绿亮光启示的地球镜设想

David Kipping以在其他行星体系中查找卫星而出名,上一年他发现了一颗系外卫星,这极有或许是第一颗被发现并被供认的系外卫星。他说,地球镜(Terrascope)的主意起源于13年前,其时他在研讨一种叫做绿亮光的稀有大气现象,当太阳落到地平线以下,在折射和散射一起效果下可以瞬间从太阳光中挑选出绿光。他以为,当太阳从地球后边经过期把地球变成巨型放大镜,亮度进步22500倍,小行星无处遁行,光会被行星周围的空气环折射,如果在太空中的观测方位适宜,将有时机看到一个完好的绿色环。

金字塔顶上的绿亮光via澳大利亚地理摄影家Colin Legg

Kipping的创意还来自太阳自身可以用作透镜的主意。地球的重力能将光线聚集到一个太空探测器上把地球变成巨型放大镜,亮度进步22500倍,小行星无处遁行,这种太阳透镜可以将光扩大一百万到十亿倍,咱们将有或许看到系外行星的外表。这一主意催生了把地球变成巨型放大镜,亮度进步22500倍,小行星无处遁行1993年欧洲航天局提出的“FOCAL”方案(Fast Outgoing Cyclopean Astronomical Lens mission),但它从未取得任何重视,由于探测器的方位有必要是地球到太阳间隔的550倍,比海王星要远将近20倍,这一间隔需求一个世纪才能让航天器抵达。

但Kipping说,地球镜或许离咱们更近。他计算出,从地球正后方物体宣布的外表掠光会偏斜到地月间隔85%处的焦点上,抵达焦点的光在穿过低层大气时很或许会遇到云层和许多湍流。可是,将探测器移到150万公里以外的当地,也便是比月球远四倍的焦点处,它将对经过海拔13.7公里的、更安静的无云平流层的光进行采样。

他计算出,在这个间隔上用1米太空望远镜调查一整夜,物体的亮度会提高到本来的明末强国梦22500倍,相当于使用了150米的望远镜。Kipping说,地球镜强壮的扩大才能意味着,它能探测到十分含糊的物体,或识别出亮度十分细小的改变,这使它可以扫描天空以寻觅十分小、十分暗的小行星,或许在小型系外行星经过亮堂恒星前时,丈量把地球变成巨型放大镜,亮度进步22500倍,小行星无处遁行亮度的细小改变。

为了防止被亮堂的地球圆盘弄得目不暇接,望远镜需求一个被称为日冕仪的遮罩来遮挡。Kipping表明,现在他还没有考虑“气辉”的影响(“气辉”是一种经过发光和其他进程在高层大气中宣布的暗淡光)。他指出,使用物体在不断改变之下保持稳定这一实际,可以用滤镜或数码技能消除这种发光。他说,地球镜的概念可以经过一个廉价的烤箱巨细的CubeSat使命进行测验。

必要技能现已存在,还需求考量细节

正如David Kipping所说,关于地球镜而言,大气层的改变使其无法发生与哈勃望远镜相媲美的明晰图画,但它可以发现更暗的物体,包含小型系外行星或要挟地球的小行星。Kipping供认需求更多的作业来证明这个主意,可是必要的技能现已存在。“这不是在从头创造车轮,而是企图更用力地去推进它,”他说道。

地理学家们读过Kipping在arXiv上宣布的论文之后,表明又振奋又忧虑。把地球变成巨型放大镜,亮度进步22500倍,小行星无处遁行荷兰莱顿大学(Leiden University)的Matt Kenworthy表明,他“为自己投入的作业量感到震动”,但他期望有更多依据来证明这种做法的可行性。“我想极力去构建一个更为实际的模型,”他说。来自斯坦福大学的Bruce Macintosh弥补道:“这是一个风趣的思想试验,但还有许多细节需求细心考虑。”

“这是很好的第一步”

Kenworthy说,大气的改变或许会严峻下降地球镜的图画质量。为了评价影响,他说,“下一步是用实在的地球大气模型进行射线追寻”。抱负状况下,巨型透镜应该将光线聚集到一个点上。“实际状况中,你或许会看到一些斑驳”。

Macintosh表明同意,“地球大气层是一个十分不抱负的透镜,所以会发生十分含糊的图画,”他说。但它可以使用其巨型扩大“光桶”的优势来研讨弱小物体亮度的改变状况。

至少,Kipping让地理学家们开端评论这个主意。Kenworthy说:“我不会仅凭这张纸就发射一颗卫星。但这是很好的第一步。”