我们已经有了一些非常强大的望远镜,它们让我们得以欣赏到宇宙的壮丽景象,并回溯到宇宙早期的景象。这些天文台,如韦伯太空望远镜,是惊人的工程壮举,耗费了百亿美元和数十年的努力。
但如果我们能使用一个更好的现有望远镜呢?这不是一个典型的望远镜,它甚至没有镜片,但它将是我们建造过的最强大的天文望远镜。这个天文望远镜将利用太阳本身。
为了让人们了解基于太阳的望远镜可能有多强大,可以想想韦伯太空望远镜。它的镜面直径为6.5米,能够达到约十分之一角秒的分辨率,这大约是人类肉眼的600倍。
在这样的分辨率下,韦伯望远镜可以看到放置在40公里外的硬币上的细节,或者捕捉到放在550公里外标准足球的图案。
另一个例子是事件视界望远镜(Event Horizon Telescope),它实际上是散布全球的个别仪器的网络。通过仔细协调这些设备,望远镜为我们提供了围绕巨型黑洞的气体盘的惊人图像。
为了实现这一目标,它达到了惊人的20微角秒分辨率,在这种分辨率下,望远镜能够看到月球表面上的一个橙子。
但如果我们想要更大的天文望远镜呢?一个更大的天文望远镜需要巨大的天线或在太阳系中飞行的天线网络,这两者都需要在技术能力上取得巨大进展。
幸运的是,太阳系的中心正好已经有一个巨大的望远镜:太阳。
虽然太阳看起来不像传统的透镜或镜子,但它有大量的质量。根据爱因斯坦的广义相对论理论,质量巨大的物体会弯曲其周围的时空。
任何掠过太阳表面的光线都会被偏转,并且不会继续沿直线前进,而是会朝向一个焦点,与所有同时掠过太阳的其他光线汇聚在一起。
天文学家已经在利用这一称为引力透镜的效应来研究宇宙中最遥远的星系。当来自这些星系的光线经过一个巨大的星系团附近时,该星系团的质量会放大并放大背景图像,让我们能够看到比通常更远的距离。
“太阳引力透镜”能提供几乎难以置信的高分辨率。这就好像我们有一个与整个太阳一样宽的望远镜镜面。在正确的焦点位置放置一个仪器,它就能够利用太阳引力的弯曲效果,以10^-10角秒的惊人分辨率观察遥远的宇宙。这大约比事件视界望远镜强大一百万倍。
当然,利用太阳引力透镜作为自然望远镜也面临挑战。所有这些光弯曲的焦点位于地球与太阳之间距离的542倍。这个距离是冥王星的11倍,也是人类最远的探测器“旅行者1号”(Voyager 1,自1977年发射)的三倍。
因此,我们不仅需要将航天器送到史无前例的远距离,而且它还必须有足够的燃料待在那个位置并移动。
通过太阳引力透镜产生的图像会分散在数十公里的空间范围内,因此航天器必须扫描整个视场,才能构建完整的马赛克图像。
利用太阳透镜的计划可追溯到20世纪70年代。最近,天文学家提出开发一支小型轻量级立方体卫星舰队,这些卫星将使用太阳帆加速到542个天文单位(AU)。一旦抵达,它们将减速并协调其机动,生成图像并将数据发送回地球进行处理。
虽然看似荒唐,但这个概念离现实并不遥远。那么,我们能用这个超级望远镜得到什么呢?如果它对准了比邻星b(Proxima b),即已知的最近系外行星,它将提供1公里的分辨率。
考虑到继任者望远镜计划希望能将系外行星成像达到整个行星仅为几像素的能力,太阳引力透镜让这些想法相形见绌;它能够以极高的分辨率描绘100光年以内任何系外行星的详细表面特征,更不用说它还能够完成的其他天文观测了。
说这个望远镜会比任何已知的望远镜更好,简直是轻描淡写。它会比我们未来几百年内可能建造的任何望远镜都更好。这个望远镜已经存在了,我们只需要将相机放置在正确的位置上。
太阳本身的辐射太强,会严重干扰信号