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终结地球孤独时代 | 技术革新脑洞大开

2019-08-12 16:56 来源:光明网 
2019-08-12 16:56:30来源:光明网作者:责任编辑:蔡琳

  大家好,我是国家天文台的李海宁。今天,我们来讲讲直接成像观测。

  最早将于2020年发射的詹姆斯·韦伯空间望远镜(JWST - James Webb Space Telescope)和计划中的WFIRST(广域红外巡天望远镜)等,都将具备捕捉遥远行星真实图像的能力。但是,恒星的亮度往往是行星大气层反射光的数十亿倍,给遥远的行星拍照就好像是在探照灯的强光下寻找萤火虫一样困难。

终结地球孤独时代 | 技术革新脑洞大开

  图1 直接成像法对于HR8799四行星系统的长期观测(来源:W. M. Keck Observatory)

  于是科学家和工程师大开脑洞。他们设计了一种叫做“星影”(starshade)的航天器,这个棒球场大小的机械向日葵会在太空中展开花瓣,挡住不需要的星光,使望远镜能够捕捉到行星的图像。

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  图2 星影航天器想象图(来源:NASA)

  另一种设计要小巧的多,被称为星冕仪,它在望远镜内部选择性地阻挡和处理入射光,从而暴露隐藏在强光下的行星。我国天文学家也已经组建了专门的团队,投身于星冕仪研制中。

  当然,给另一个遥远的地球拍特写需要非常大的望远镜。因为望远镜的镜面越大,就能越清晰的分辨出恒星和行星。

  向太空发射巨大的单面镜子是不大现实的。但是我们可以把小镜子设计成像蜂巢一样的巨大阵列塞进火箭的有效载荷中。詹姆斯·韦伯空间望远镜就采用了这种设计。

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  图3 詹姆斯·韦伯空间望远镜拼接镜面(来源:NASA)

  还可以发射多个望远镜,通过远程通信将它们同步。利用多重信号相互抵消,让恒星“熄灭”、使行星现身。

  这些要求超高精度的技术都是极其艰巨的挑战。不过,起初批评人士也曾认为开普勒寻找行星的方法永远不会奏效。但是现在,它已经发现了数千颗系外行星。

  银河系中每颗恒星周围平均至少存在一颗行星。这意味着,仅在我们的银河系中就有数千亿颗行星。也许在不久的未来,技术革新将终结人类漫长的宇宙孤独时代。让我们共同期待吧。

  主讲人:李海宁,中国科学院国家天文台副研究员。中国科学院青年创新促进会会员。译有《宇宙的真相》、《图说宇宙》、《宇宙简史》等科普书籍。

[责任编辑:蔡琳]

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