利用太陽引力透鏡實現高清成像系外行星已提上NASA研究日程

NASA噴氣推進實驗室的Slava Turyshev表示，他們已經初步研究了在548.7AU（1AU等於標準日地距離，548.7AU相當於比冥王星遠13.7倍）的太陽引力透鏡（SGL）焦點上使用百萬像素級CCD和高解析度光譜儀實現對太陽系外行星觀測任務。可以實現對遠達30秒差距（97.8光年）處恆星的可宜居帶（溫度能讓水保持液態的區域）行星的高解析度成像，解析度可達數千米級，足以顯示其表面特徵和宜居跡象。他們在研究中已經確定了任務的可行性，沒有發現不可逾越的技術障礙。

不過引力透鏡產生的圖像並不直觀，產生的是被稱為愛因斯坦圓環（Einstein ring）的扭曲圖像，需要經過計算機處理這些圖像數據才能還原成對公眾容易理解的圖片。引力透鏡的圖像處理還原也是以後進一步的研究重點。下面兩張是引力透鏡效應實際圖像。

他們希望通過引力透鏡獲得的圖像和光譜數據來探測人們最關心的問題——其他世界的生命。當然跨越548.7AU這個距離無疑是最大的難關雖然548.7AU也就相當於0.0086光年。然而就目前而言離地球最遙遠的人造物體——40多年前發射的航海家（旅行者）1號，也不過在141AU處。毫無疑問要實現SGL任務需要用新方法新技術，儘管如此這相比恆星際飛行還是容易多。

目前Slava Turyshev的團隊在考慮三種方案，分別是單個全功能探測器、多個中型探測器、一群迷你探測器。不過未透露使用何種方式抵達548.7AU處。我個人認為使用太陽帆的可能性最大，NASA的其他研究表明，使用直徑500-800米的太陽帆可以達到15-20AU/年的速度。那大約需要30年左右航行。考慮到40多年前發射的航海家探測器還在工作，所以技術上不是問題。當然在如此遙遠的距離能源和足夠帶寬數據傳輸也是問題，可能會配備多個RPS（放射性同位素髮電系統，也就是俗稱的核電池）用激光傳輸數據。

另一種選擇是核動力電推進，NASA過去相關的設計能達到22.4AU/年的速度，還有充沛的能源供應實現高帶寬數據傳輸，比RPS高2-3個數量級不成問題，能傳回更多高價值圖像、數據。然而技術複雜度、成本和政治原因非常棘手，國會大爺們不會輕易批准。

不管怎麼樣SGL高清成像系外行星對於目前的技術是現實的，比發射無人探測器親臨系外行星容易多，更會極大的提升人類對宇宙還有對地球對生命的認知。期待下一階段的研究順利，更希望最終早日被欽定列入實際執行計劃。

未來隨著人類技術的進步，完全可以把多個幾十米甚至更大口徑的巨型太空望遠鏡送到SGL焦點處組成大型光學干涉測量儀陣列，這能獲得無以倫比的成像效果，計算機圖像處理技術特別是AI輔助的進步也能進一步提升圖像質量，如果真有外星文明那白天可以看見城市夜晚可以看見燈光，無需守著大鍋苦苦監聽。還可以想見，未來Google Earth會如同今天推出月球、火星模式一樣推出系外行星模式。毫無疑問，學生的壓力又會加大了，有更多要學的了。。。

有的人沒仔細看文章，關於如何把望遠鏡送過去，我說的很清楚，現階段可以用太陽帆或者核電推進（核反應堆發電驅動電推）。能源則是RPS（核電池）或者核反應堆。數據傳輸則用激光來提升帶寬。注意用太陽帆推進不等於用太陽能電池供電，用太陽帆加速後以慣性繼續飛。

更新一下，恰好昨天（2018年4月2日）NASA和ESA使用哈勃藉助引力透鏡效應發現了目前已知最遙遠、最古老的恆星，這是一顆B級主序星（藍巨星），在宇宙年齡為今天30%時就存在了，因為是藉助引力透鏡發現的，這顆恆星被命名為透鏡星1號（ Lensed Star 1）簡稱LS1。也可見引力透鏡的威力，把那顆恆星放大或者說把其星光增強2000倍，使得現在的人類能觀測到。注意這是幾十億光年外觀測到單顆恆星而不是星系、類星體。更重要的是這是一顆主序星而不是明亮多的超新星！下面放哈勃團隊放出的視頻。

此外引力透鏡還有非常神奇有趣的效果——因為星體團的不均勻分布，使得光線路徑彎曲程度不同、光子飛行的實際路程距離也不同還產生多個影像。這就讓一顆天體不同時間的影像同時呈現出來，好比是開了三個播放器窗口，以不同進度放同一個視頻一樣。哈勃就透過引力透鏡現象觀測到這麼一顆超新星，不均勻的引力透鏡對同一顆星產生3個影像，觀測到3個影像先後爆發。這就讓天文學家有機會直觀的感受乃至嘗試」預測「超新星的爆發過程。

下面再放個相關視頻