NASA埃姆斯研究中心正在打造具有革命性的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，通過“誘導(dǎo)相振幅變跡法”對系外行星“直接成像”，2030年代可完成對太陽系鄰近數(shù)百個恒星系統(tǒng)的觀測。 |
哈勃空間望遠(yuǎn)鏡是光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的代表作
研究人員對可變形反射鏡進(jìn)行控制，糾正扭曲的圖像
據(jù)國外媒體報道，美國宇航局埃姆斯研究中心的科學(xué)家在加州莫菲特場測試未來太空望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)，這套具有革命性的光學(xué)探測裝置不僅可以發(fā)現(xiàn)類似地球這樣的系外行星，甚至可以對它們“直接成像”，這項新技術(shù)被稱為“誘導(dǎo)相振幅變跡法”。自2003年以來，美國宇航局就開始對未來光學(xué)望遠(yuǎn)鏡觀測技術(shù)進(jìn)行概念證明和原型技術(shù)測試，研究人員認(rèn)為該技術(shù)是未來主力望遠(yuǎn)鏡陣強(qiáng)有力的競爭者。
系外行星“直接成像”空間觀測系統(tǒng)將在2020年發(fā)射升空，可選擇遮擋來自恒星的衍射光線，有了這項技術(shù)我們可以在發(fā)現(xiàn)處于恒星周圍可居住帶上的系外行星，并第一時間對它進(jìn)行成像。今天的天文學(xué)家主要通過“凌日法”來探測系外行星的存在，這種方法可以確定目標(biāo)行星與中央恒星間的距離、軌道周期以及行星大小等參數(shù)，目前這種方法被應(yīng)用于美國宇航局的“開普勒”系外行星探測器上，該空間望遠(yuǎn)鏡自2009年發(fā)射升空以來發(fā)現(xiàn)了多個運行在恒星可居住帶上的行星世界。
對系外行星進(jìn)行“拍照”的難度在于如何解決恒星光芒導(dǎo)致的衍射和眩光，否則系外行星只會被恒星的光線所“淹沒”?！罢T導(dǎo)相振幅變跡法”觀測技術(shù)有別于系外生命標(biāo)志物等觀測技術(shù)，后者側(cè)重于尋找代表宇宙生命存在的示蹤分子，比如氧氣和液態(tài)水等。依靠“誘導(dǎo)相振幅變跡法”打造空間望遠(yuǎn)鏡使用兩個專用的非球面反射鏡，可對星光以及日地系統(tǒng)周圍的雜光具有明顯的減弱效果，而伸縮式光學(xué)具有一些缺陷性，比如畸變，會導(dǎo)致圖像的不清晰。對于可改變形狀進(jìn)行光學(xué)校正的反射鏡，稱為可變形反射鏡，科學(xué)家希望對可變形反射鏡的波前控制系統(tǒng)進(jìn)行糾正，以克服這些缺陷。
對此，馬薩諸塞州波士頓微型機(jī)械公司研制新型鏡面可通過控制誤差補(bǔ)償對鏡面形狀進(jìn)行控制，該技術(shù)足以允許對地球大小的行星直接成像。圖2顯示了對可變形反射鏡的控制，研究人員通過改變鏡面形狀來糾正扭曲。埃姆斯中心的科學(xué)家認(rèn)為最初的研制環(huán)境并不是真空，而一旦“誘導(dǎo)相振幅變跡法”觀測技術(shù)應(yīng)用于空間望遠(yuǎn)鏡，那就需要在真空平臺上進(jìn)行測試。
美國國家科學(xué)院進(jìn)行的調(diào)查顯示，新一代的廣域紅外巡天望遠(yuǎn)鏡將是未來尋找系外行星的主力觀測平臺，科學(xué)家可以根據(jù)該平臺進(jìn)行修改，研制出可對系外行星直接成像的空間望遠(yuǎn)鏡。美國宇航局去年通過的一項望遠(yuǎn)鏡項目包括了兩具2.4米徑的天體物理觀測望遠(yuǎn)鏡，如果這些望遠(yuǎn)鏡中的一具被修改成廣域紅外觀測平臺，那么新型望遠(yuǎn)鏡體積將更大，足以對系外行星進(jìn)行探測。NASA也具備發(fā)射(超)大型空間望遠(yuǎn)鏡的能力，在2030年代，可完成對太陽系附近數(shù)百個恒星系統(tǒng)的詳細(xì)觀測，基本上查清這些天體系統(tǒng)中的可居住行星。
