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他想把地球变成一个巨大的放大镜 还写成了论文

2019-08-22 点击:843
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原则

在接下来的十年中的某个时刻,

欧洲超大望远镜(ELT)将完工,

届时,它将成为世界上最大的望远镜。

ELT的主镜直径约为40米,

从下图,

与其他着名的望远镜相比,我们可以看到它的大小:

baba-icapxph0771167.jpg○比较ELT和其他望远镜的主镜面积。 Wikimedia Commons

增长望远镜

意味着越来越强大的光线收集能力,

但自然它也意味着越来越昂贵的成本。

然后,除了盲目建造大型望远镜外,

我们还能做点别的吗?

哥伦比亚大学天文学家David Kipping

有个好主意。

他想放置一个比月亮更远的太空望远镜,

然后使用地球大气的聚焦能力,

将昏暗天体的亮度放大数万倍。

Kipping将是这样的望远镜

被称为地球望远镜(Tarrascope)。

地球镜子产生的美丽图像

当然,它无法与哈勃太空望远镜相媲美,

毕竟,地球的气氛是不稳定的。

但是,它可以找到现有望远镜无法找到的物体,

比如那些非常小的小型系外行星,

或者可能对地球构成威胁的小行星。

59bc-icapxph0774806.jpg○地球仪可以利用大气作为镜头,将遥远物体的光放大22,500倍。 James Tuttle Keane

虽然,这个想法太新颖了,

但我们已经拥有必要的技术。

Kipping将这些想法写入论文,

发布于arXiv。

许多阅读过论文的天文学家

我对他在这个问题上的深刻思考感到惊讶,

并认为这是一个有趣的思想实验。

但他们普遍认为仍有许多细节需要仔细考虑,

获得更多证据来证明

这个想法确实有效。

Kipping致力于搜索

其他行星系统中的卫星,

去年,他离地球8000光年,

我找到了一个海王星大小的物体,

这可能是第一颗确认的外星卫星。

45dc-icapxph0777027.jpg○第一颗外星卫星可能是一个围绕着木星大小的行星的海王星大小的世界。 Dan Durda

早在13年前,

Kipping有一个全球镜子的想法,

当时,他正在研究一种

一种罕见的大气现象称为绿色闪光,

这种现象发生在太阳落山后,

大气折射和散射一起工作,

暂时选择阳光下的绿灯。

2441-icapxph0778293.jpg

他意识到了

当太阳从地球后面经过时,

太阳的光线被环绕地球的空气环发射和折射,

那么如果我们此时处于正确的位置,

可以看到完整的绿色光环。

b887-icapxph0779513.jpg

Kipping的另一个灵感来源,

太阳本身可以用作镜头。

太阳的引力将光聚焦到太空探测器上,

这种太阳能透镜可以将光放大一百万甚至十亿倍,

这使得可以将系外行星的表面带入视野中。

这个想法应运而生。

这是欧洲航天局1993年计划的FOCAL任务。

但它永远不会得到真正的关注,

因为这需要将探测器放置在太阳与地球之间距离的550倍处,

比海王星远20多倍,

这是一个航天器需要飞行一个世纪的距离。

b07a-icapxph0781025.jpg

但是地球镜可以更接近我们。

Kipping计算,

来自地球后面的天体的光

在摩擦地球表面后会发生偏转,

然后专注于地球和月球之间的一个点,

占地球与月球之间距离的85%。

2dd3-icapxph0782723.jpg

到达该焦点的光可能会穿过低层大气

遇到云和很多动荡。

但是,如果探测器移动超过150万公里,

也就是说,专注于距离月球4倍的距离,

然后它可以从更平静,无云的平流层收集光线。

在这个距离,

如果你观察一个1米望远镜的夜晚,

你会看到天体的亮度增加到22,500倍,

这相当于使用150米望远镜。

这是一个非常强大的缩放功能,

允许Earthscope探测非常弱的天体,

并且非常清晰地识别出亮度的微小变化。

所以它可以扫描天空

寻找非常小,非常黑暗的小行星,

当小型系外行星穿过明亮的恒星时也可以使用它,

捕捉亮度的微小变化。

为了避免来自地球明亮光线的干扰,

望远镜还需要一个日本面罩来阻挡它。

但是Kipping没有考虑过“大气辉光”的影响,

这是一种昏暗的灯光,通过照明和其他过程从高层大气发出。

但他指出了

可以使用滤波器或数字技术来消除这种照明。

他认为使用便宜的,烤面包机大小的CubeSat任务,

这个概念可以测试。

天文学家认为

大气层的变化可能是

严重降低地球镜的图像质量。

为了评估这种影响,

接下来的研究人员应该使用

用于射线追踪分析的真实地球大气模型。

理想情况下,

这个巨大的镜头应该能够将光线聚焦在一个点上。

但实际上,

你可能会得到一些有斑点的图案。

谨慎的天文学家相信,

地球的大气是一个非常不令人满意的镜头,

它会产生非常模糊的图像。

但它可能是一个

一种研究弱天体亮度变化的工具,

把它变成一盏明亮的放大镜。

至少,Kipping已经成功了

让其他天文学家开始研究这个想法,

虽然几乎没有人会根据这篇论文发射太空船,但

但至少这是朝这个方向迈出的第一步。

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