科学探索|斯坦福大学的未来式重力望远镜可拍摄系外行星比现有技术强大1000倍斯坦福大学的未来式重力望远

斯坦福大学天体物理学家构思的一种未来的"重力望远镜"技术可以使天文成像比今天的任何技术都要先进。自1992年第一颗系外行星被发现以来，天文学家已经发现了5000多颗围绕其他恒星运行的行星。然而，我们对它们的了解相对较少：我们知道它的存在和它的一些特征，但其余的是一个谜。

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为了避开望远镜的物理限制，斯坦福大学的天体物理学家一直在开发一种新的概念性成像技术，它将比目前使用的最强的成像技术精确1000倍。通过利用引力对时空的扭曲效应，即所谓的引力透镜，科学家们有可能操纵这一现象，创造出比目前可用的任何技术都要先进的成像。
在今天（2022年5月2日）发表在《天体物理学杂志》上的一篇论文中，研究人员描述了一种操纵太阳引力透镜以观察太阳系外行星的方法。通过将望远镜、太阳和系外行星放在一条线上，太阳在中间，科学家可以利用太阳的引力场来放大系外行星经过时发出的光线。相对于放大镜有一个弯曲的表面使光线弯曲，引力透镜有一个弯曲的时空，能够对遥远的物体进行成像。

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一个重建地球图像的例子，使用太阳引力透镜投射的围绕太阳的光环。实现这种重建的算法可以应用于系外行星，以获得更好的成像。
斯坦福大学人文与科学学院的物理学教授、卡夫里粒子天体物理学和宇宙学研究所（KIPAC）副所长布鲁斯-麦金托什说："我们想拍摄围绕其他恒星运行的行星的照片，其效果不亚于我们对自己太阳系中的行星所做的照片。有了这项技术，我们希望能拍摄一张100光年外的行星的照片，其影响力与阿波罗8号拍摄的地球照片相同。"
目前的问题是，他们提出的技术将需要比目前更先进的太空旅行。不过，研究人员说，这一概念的前景以及它可能揭示的其他行星的情况，使它值得继续考虑和发展。
让光弯曲的好处
引力透镜直到1919年的日食期间才被实验观察到。由于月亮阻挡了来自太阳的光线，科学家们能够看到太阳附近的星星偏离了它们的已知位置。这是明确的证据，证明引力可以弯曲光线，也是爱因斯坦的相对论正确的第一个观察证据。后来，在1979年，斯坦福大学教授冯-埃什勒曼发表了一份关于天文学家和航天器如何利用太阳引力透镜的详细说明。(同时，包括斯坦福大学KIPAC的许多天文学家现在经常利用最大规模星系的强大引力来研究宇宙的早期演变）。
但直到2020年，人们才详细探索了这种成像技术，以观察行星。加州理工学院喷气推进实验室的斯拉瓦·图里舍夫描述了一种技术，即天基望远镜可以使用火箭围绕行星的光线进行扫描，以重建一份清晰的图像，但该技术需要大量的燃料和时间。

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描绘这种概念性系外行星成像技术与现有成像想法相比的动图。
在Turyshev工作的基础上，KIPAC的博士生亚历山大·马杜罗维奇发明了一种新的方法，可以从直视太阳的单一图像中重建一个行星的表面。通过捕捉太阳周围由系外行星形成的光环，马杜罗维奇设计的算法可以通过扭转引力透镜的弯曲来消除光环的扭曲，从而将光环重新变成一个圆形的行星。
马杜罗维奇通过使用位于地球和太阳之间的卫星DSCOVR拍摄的旋转地球的图像来展示他的工作。然后，他用一个计算机模型来观察地球在太阳引力的扭曲作用下会是什么样子。通过将他的算法应用于观测，马杜罗维奇能够恢复地球的图像并证明他的计算是正确的。

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