太阳的引力透镜或能看清外星行星表面

人类能否看到遥远类地行星的大陆、海洋和极地冰盖？根据上月发布的预印本，即便是10×10像素的图像也几乎无法获得：太空望远镜需要直径160公里的镜面才能实现。一群小型太空望远镜，或是地球、月球上协同工作的大量仪器同样不可行，因为它们需要数百年才能收集到足够的光子。但该预印本提出了一个有希望的方案：利用太阳作为巨型透镜，通过其引力聚焦光线。

通过将几台配备1米镜面的太空望远镜放置在这个太阳透镜的焦点处，天文学家有望拍摄到系外行星800×800像素的清晰图像——不仅能显示海洋，还能呈现类似地球因光合作用等生命活动产生的绿色调。

但有一个难点：这个焦点距离太阳是地球到太阳距离的550多倍——是美国宇航局“旅行者1号”近50年飞出太阳系旅程距离的三倍。不过，该预印本作者、美国宇航局喷气推进实验室的斯拉瓦·图里舍夫认为，借助大型薄太阳帆的推进，可将旅程缩短至25年。他正在建造一艘航天器来验证这一点。

他说：“在我们的有生之年，我们将能够观察系外行星，确认或排除类似地球生命形式的存在。”

星系或星系团通过引力弯曲并放大更远天体的光线，可形成扭曲的影像。利用太阳作为引力透镜的想法已有数十年历史。意大利天文学家克劳迪奥·马科内曾在1993年向欧洲航天局提出任务建议，但未被采纳。十年前，W.M.凯克空间研究所重新提出这一想法，图里舍夫等人获得美国宇航局资助进行深入研究。

美国宇航局格伦研究中心的杰弗里·兰迪斯在2015年的一项研究中指出，太阳透镜不会产生目标行星的清晰图像，而是会将图像拉伸模糊成直径超过1公里的“爱因斯坦环”。因此，望远镜需要在太阳焦点处移动以捕捉环的所有部分。更复杂的是，由于系外行星绕其恒星运行以及该恒星相对太阳的运动，这个环会移动。在地球上，研究人员需要找到将环转换为真实图像的方法，并消除行星光线穿过太阳大气造成的模糊。兰迪斯说：“这些都是难题，但都是可解决的。”

在一家未公开的慈善基金会资助下，图里舍夫及其团队正在研制名为“太阳潜水者”（Sundiver）的演示航天器。它由标准的10厘米立方体卫星（CubeSats）建造，重量不到10公斤。2027年发射后，它将展开六个扇形太阳帆，每个面积20平方米，且可单独操控以控制航天器。它将靠近太阳进行引力助推，结合太阳帆收集的力，以约33公里/秒的速度向外弹射出太阳系，是“旅行者1号”速度的两倍。即便如此，到达太阳焦点仍需近80年。

参与美国宇航局概念研究的前马歇尔太空飞行中心首席技术专家莱斯·约翰逊表示：“要获得所需的加速度，太阳帆必须大得多。”图里舍夫称，完整任务可能在2034年实施，将涉及六艘航天器，配备两倍大的太阳帆，速度为“太阳潜水者”的三倍。探测器随后将展开薄膜镜面，这些镜面还可兼作激光通信接收器，因为无线电在如此远距离效果较差。约翰逊对如此具有挑战性的任务能很快准备就绪持怀疑态度，但表示经过几次试飞，可能在十年或二十年内实现。“我希望这项任务能成功。”

航天器到达目的地后无需减速，因为太阳焦点不是一个点，而是从太阳径向延伸的一条线。但它们需要推进器进行横向移动，以捕捉整个一公里宽的图像。在阳光如此微弱的地方，太阳能无用武之地；推进器和机载电子设备将需要由放射性同位素衰变供能的发电机。

该任务还需要合适的目标。望远镜需与太阳对准，一次只能观测一个行星系统。要观测另一个系统，航天器需进行巨大的横向移动。因此，规划者需要100%确定目标系外行星是生命的主要候选者，其大气中存在与生命活动密切相关的气体。这可能会推迟任务：在类地行星上寻找生命迹象可能需要美国宇航局计划于2040年代发射的“宜居世界天文台”。

加利福尼亚大学天文台台长、天文学家布鲁斯·麦金托什表示，等待是值得的。他说，获得多像素图像并检查每个像素的特定颜色（例如可能指示光合作用存在的颜色）“非常有价值”。