您当前位置:首页-物理空间-详情

太阳引力透镜望远镜是如何工作的?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2022-04-22 13:28:50

正如我们从牛顿时代就开始怀疑,从爱因斯坦时代就知道,并在1919年被爱丁顿证实的那样,太阳的引力场会使光线弯曲。注意,不是很大,而是有一个足够大的角度,使两束从相反的方向掠过太阳的光线最终在离太阳很远的地方相遇。

有多大?它大约是550天文单位(AU)。1au当然是地球到太阳的距离。迄今为止,我们距离太阳最远的宇宙飞船是旅行者1号,距离太阳约140个天文单位。所以550天文单位是一个巨大的距离,但可以说,以现有的太空技术,这是可以达到的。

如果你在离太阳这么远的地方向后看,你会看到什么?假设太阳本身是黑暗的,没有发出任何光,而你正对着太阳另一边某个遥远的点状目标。也就是说,一条假想的直线连接遥远的目标,你穿过太阳中心。

在这种情况下,你会看到太阳周围有一个微弱的光圈,也就是所谓的爱因斯坦环。现在,如果你开始横向移动,这个环最终会分裂成两个更短的部分。但如果远处的物体很大,不是点状的,而是延伸的,当你向侧面移动时,你看到的光环就会被另一个环所取代,这个环主要由延伸物体上不同点的光所主导。

相反地,如果不是你在那里,看着太阳,我们只是在离太阳那么远的地方放一张巨大的纸,这张纸会显示出远处物体的投影图像。投影透镜就是太阳的引力场,即太阳引力透镜(SGL)。

顺便说一下,这张纸需要很大。距离地球100光年的类地系外行星的图像将被投影到距离太阳550天文单位约1平方公里的区域。所以,我们不需要把一张纸放在那里,我们需要更有创造力,就像我下面解释的那样。

但首先:不幸的是,SGL不是一个很好的镜片。它受到所谓的球差的影响:投射出来的图像模糊、褪色。这是由SGL投影的地球图片:

SGL投影的地球图片

这本身并不是一个巨大的障碍,因为我们对SGL所做的事情有一个精确的数学描述,所以我们可以通过应用那个数学转换的逆来消除模糊图像。在理想情况下,我们可能会得到这样的好东西:

SGL

不幸的是,太阳并不黑暗。微弱的爱因斯坦光环必须与来自太阳的光竞争。或者,即使我们能以某种方式阻挡阳光,也有来自日冕的光。即使我们可以去除日冕,仍然存在不可避免的噪声,这些噪声会被去模糊放大。所以实际上,我们最终可能会得到更像这样的图像:

没那么壮观,直到你认为如果你想获得地球100光年的形象甚至在这个低分辨率,你将需要一个望远镜的孔径(镜头大小)以数千公里,和光收集在世纪如果不是几千年或更多。简而言之,SGL让一些原本不可能的事情成为可能。

那么我们如何使用SGL呢?显然,我们必须先到达那里。一平方公里大小的纸张或电影屏幕可能不是一个选择。相反,我们可以使用航天器一次扫描一个像素的图像区域,回头看太阳。如果宇宙飞船用望远镜观察太阳,它可以用日冕仪挡住太阳本身的光线,以便更好地看到微弱的爱因斯坦环。日冕发出的噪音是不可避免的,但可以通过延长曝光时间来减少。

最后,像上面最后一张这样的低分辨率图像可能只需要观察几个月就能得到。一幅高分辨率的彩色图像可能需要更长的时间,但如果不止一艘宇宙飞船同时工作,可能需要几年的时间才能获得。考虑到使用现实技术(如太阳帆)到达SGL的焦点区域需要25-30年的旅行时间,花几年时间收集数据并不过分。

这就是要点:说,一旦我们有一个候选人系统,一个潜在的有生命的星球,我们可以发送探测太阳的对面,用太阳来构建一个高分辨率的图像,星球,使命,从头到尾(从设计、施工、发射、旅游的单一的焦点地区,观察)可能需要30-40年。在可预见的未来,这可能是我们获得太阳系外可能存在生命的世界详细信息的最现实的选择。
D相关下载
Z最新攻略更多+
热门文章更多+
近期大作更多+