革命性中紅外望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)突破現(xiàn)有系外行星探測局限。

一項(xiàng)簡單的望遠(yuǎn)鏡形狀革新可能讓地外生命搜索變得觸手可及。最新研究提出用細(xì)長矩形鏡面替代傳統(tǒng)圓形鏡面，能更清晰地將類地行星與其恒星的眩光分離 —— 這正是發(fā)現(xiàn)近距"類日恒星"系統(tǒng)中"地球2.0"所需的關(guān)鍵突破。

該方案由倫斯勒理工學(xué)院的Heidi Newberg教授及其合作者在《天文學(xué)與空間科學(xué)前沿》期刊發(fā)表，系統(tǒng)闡述了設(shè)計(jì)原理。

圓形鏡面的局限性

尋找真正"地球2.0"需探測液態(tài)水特征，其在中紅外波段10微米波長處輻射最強(qiáng)。該波長對光學(xué)系統(tǒng)有硬性要求：要在30光年外區(qū)分類地行星與恒星，空間望遠(yuǎn)鏡需配備約20米口徑的集光系統(tǒng)。當(dāng)前最大空間觀測站詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡（JWST）口徑6.5米雖是工程奇跡，但遠(yuǎn)未達(dá)到該分辨率要求。

轉(zhuǎn)向可見光波段亦非解決之道：類日恒星亮度達(dá)類地行星的100億倍以上，使星光抑制難度劇增。天文學(xué)家探索的其他方案均面臨重大挑戰(zhàn)：多個小望遠(yuǎn)鏡編隊(duì)飛行模擬巨型鏡面需保持分子尺度的精確校準(zhǔn)；遮星板方案需在數(shù)萬公里外部署第二航天器制造人工日食，不僅需雙重發(fā)射還需大量燃料調(diào)整目標(biāo)指向?，F(xiàn)有編隊(duì)飛行演示系統(tǒng)（如雙航天器迷你日食遮光系統(tǒng)）僅驗(yàn)證原理，未能實(shí)現(xiàn)近距類地行星探測所需的分離精度與波長覆蓋。

矩形鏡面解決方案

Newberg教授指出，將圓形鏡面替換為1米×20米矩形鏡面（工作波長與JWST同為10微米）是當(dāng)前工程水平可實(shí)現(xiàn)的更簡路徑。長邊方向提供20米分辨率，足以在30光年外分離行星與恒星，通過旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡可使高分辨率軸環(huán)繞恒星掃描，確保不漏掉不同角度的行星。

關(guān)鍵在于：該方案無需20米圓形主鏡的復(fù)雜部署或遮星板的操作負(fù)擔(dān)即可實(shí)現(xiàn)所需分辨率。Newberg強(qiáng)調(diào)"與其他主流方案相比，該設(shè)計(jì)無明顯需要重大技術(shù)突破的環(huán)節(jié)"。研究團(tuán)隊(duì)已通過建模與衍射干涉日冕儀系外行星分辨器（DICER）及JWST等設(shè)計(jì)進(jìn)行對比，驗(yàn)證了中紅外波段空間平臺的可行性。

科學(xué)價值與意義

研究團(tuán)隊(duì)估算：此類矩形望遠(yuǎn)鏡可在三年內(nèi)發(fā)現(xiàn)30光年內(nèi)約半數(shù)環(huán)繞類日恒星的類地行星。若每顆近距類日恒星平均擁有一顆類地行星，預(yù)計(jì)將發(fā)現(xiàn)約30個潛在宜居世界。

這僅是探索起點(diǎn)：后續(xù)觀測可分析行星大氣中光合作用產(chǎn)生的氧氣等生命特征。篩選出重點(diǎn)目標(biāo)后，未來任務(wù)甚至可向最近候選行星發(fā)射探測器，最終傳回巖石星球表面圖像乃至生命跡象。

盡管將鏡面拓展為20米矩形而非傳統(tǒng)圓形升級看似非常規(guī)，但正如Newberg所言："恪守傳統(tǒng)將難以突破分辨率與星光抑制的雙重障礙。"中紅外矩形望遠(yuǎn)鏡或?qū)⒊蔀榕臄z近距"藍(lán)色小點(diǎn)"、解答"數(shù)十光年外是否存在類地生命"最直接且技術(shù)可行的方案。

如果朋友們喜歡，敬請關(guān)注“知新了了”！