在未來十年的某個(gè)時(shí)刻，

　　歐洲特大望遠(yuǎn)鏡（ELT）將會完工，

　　到那時(shí)，它將成為世界上最大的望遠(yuǎn)鏡。

　　ELT的主鏡直徑約為40米，

　　從下面這張圖中，

　　我們可以看到它和其他知名望遠(yuǎn)鏡的大小對比：

　

　　越來越大的望遠(yuǎn)鏡

　　意味著越來越強(qiáng)大的集光能力，

　　但自然也意味著越來越昂貴的造價(jià)。

　　那么，除了一味地建造大型望遠(yuǎn)鏡之外，

　　我們還能做些別的嗎？

　　哥倫比亞大學(xué)的天文學(xué)家David Kipping

　　有了一個(gè)絕妙的想法。

　　他想要將一個(gè)太空望遠(yuǎn)鏡置于比月球還要遠(yuǎn)的地方，

　　接著利用地球大氣層的聚焦能力，

　　將暗淡天體的亮度放大數(shù)萬倍。

　　Kipping將這樣一個(gè)望遠(yuǎn)鏡

　　稱為地球鏡（Tarrascope）。

　　由地球鏡所產(chǎn)生的圖像的美麗程度

　　自然無法與哈勃太空望遠(yuǎn)鏡相媲美，

　　畢竟地球的大氣是易變的。

　　但是，它能發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有望遠(yuǎn)鏡無法發(fā)現(xiàn)的天體，

　　比如那些非常微弱的小型系外行星，

　　或者是那些能對地球造成威脅的小行星。

　　雖然，這個(gè)想法還過于新穎，

　　但我們已經(jīng)具備了必要的技術(shù)。

　　Kipping將這些想法寫成論文，

　　發(fā)表在了arXiv上。

　　許多讀過論文的天文學(xué)家

　　都驚嘆于他對這一問題的深遠(yuǎn)思考，

　　并認(rèn)為這是一個(gè)有趣的思想實(shí)驗(yàn)。

　　但他們普遍認(rèn)為還有許多細(xì)節(jié)需要仔細(xì)思考，

　　才能得到更多的證據(jù)來證明

　　這個(gè)想法真的能奏效。

 

　　Kipping致力于搜索

　　其他行星系統(tǒng)中的衛(wèi)星，

　　去年，他在距地球8000光年外的地方，

　　找到了一顆海王星大小的天體，

　　這很可能是第一顆確認(rèn)的系外衛(wèi)星。

　　早在13年前，

　　Kipping就萌生了地球鏡的想法，

　　當(dāng)時(shí)，他正在研究一種

　　名為綠閃光的罕見大氣現(xiàn)象，

　　這種現(xiàn)象出現(xiàn)在太陽落下地平線之后，

　　大氣的折射和散射一起作用，

　　暫時(shí)性地從陽光中選出綠色的光。

　　他意識到，

　　當(dāng)太陽從地球的后面經(jīng)過時(shí)，

　　太陽光會因環(huán)繞在地球周圍的空氣環(huán)而發(fā)射折射，

　　那么如果這時(shí)我們處于一個(gè)正確的位置上時(shí)，

　　就有可能看到一個(gè)完整的綠色光環(huán)。

　　Kipping的另一個(gè)靈感來源，

　　是太陽本身就可被用作透鏡這一想法。

　　太陽的引力能將光聚焦到一個(gè)太空探測器上，

　　這樣一個(gè)太陽透鏡能將光放大百萬甚至十億倍，

　　如此一來就有可能將系外行星的表面帶進(jìn)視野。

　　由這個(gè)想法應(yīng)運(yùn)而生的

　　是歐洲航天局在1993年計(jì)劃的FOCAL任務(wù)。

　　但它從未得到真正的關(guān)注，

　　因?yàn)檫@需要將探測器放置在日地距離550倍的位置上，

　　比海王星還要遠(yuǎn)將近20倍，

　　是一個(gè)航天器需要飛行一個(gè)世紀(jì)才能抵達(dá)的距離。

　　但地球鏡卻可以離我們更近。

　　Kipping計(jì)算出，

　　在地球正后方的天體所發(fā)出的光

　　會在擦過地球表面后發(fā)生偏轉(zhuǎn)，

　　然后聚焦到地月之間的一個(gè)點(diǎn)上，

　　處于地月距離85%的位置上。

　　能抵達(dá)那個(gè)焦點(diǎn)的光很可能會在穿過低層大氣時(shí)

　　遇到云層和大量的湍流。

　　但是，如果將探測器移到150萬公里以外，

　　也就是聚焦到一個(gè)比月球距離遠(yuǎn)4倍的地方，

　　那么它就能收集到來自平靜得多的、沒有云的平流層的光線。

　　在這個(gè)距離上，

　　如果用一個(gè)1米的望遠(yuǎn)鏡觀測一整夜，

　　就將看到一個(gè)天體的亮度被提高到原來的22500倍，

　　這相當(dāng)于使用了一個(gè)150米的望遠(yuǎn)鏡。

　　這是非常強(qiáng)大的放大能力，

　　使得地球鏡可以探測到光芒十分微弱的天體，

　　以及非常明銳地識別出亮度出現(xiàn)的極微小變化。

　　因此它能在掃描天空時(shí)

　　尋找那些非常小、非常暗的小行星，

　　也能在小型的系外行星經(jīng)過明亮的恒星之時(shí)，

　　捕捉到亮度出現(xiàn)的微小變化。

　　為了避免受到地球明亮的光的干擾，

　　這個(gè)望遠(yuǎn)鏡還需要一個(gè)日冕儀的遮罩來遮擋它。

　　但Kipping還沒有考慮到“大氣輝光”的影響，

　　這是一種通過發(fā)光和其他過程從上層大氣中發(fā)出的昏暗的光。

　　但他指出，

　　可以利用濾鏡或數(shù)碼技術(shù)來消除這種發(fā)光。

　　他認(rèn)為，用一個(gè)便宜、烤面包機(jī)大小的CubeSat任務(wù)，

　　就可以對這一概念進(jìn)行檢驗(yàn)。

 

　　有天文學(xué)家認(rèn)為，

　　大氣的變化很可能會嚴(yán)重降低地球鏡的圖像質(zhì)量。

　　若要評估這種影響，

　　下一步研究人員應(yīng)該用

　　真實(shí)的地球大氣模型進(jìn)行光線追蹤分析。

　　理想情況下，

　　這個(gè)巨型透鏡應(yīng)該能將光線聚焦到一個(gè)點(diǎn)上。

　　但現(xiàn)實(shí)情況下，

　　可能會得到一些有斑點(diǎn)的圖樣。

　　謹(jǐn)慎的天文學(xué)家們認(rèn)為，

　　地球的大氣層是個(gè)非常不理想的透鏡，

　　它會產(chǎn)生非常模糊的圖像。

　　但它或許可以成為一個(gè)

　　研究微弱天體的亮度變化的工具，

　　將它變成一個(gè)巨大的光的放大鏡。

　　至少，Kipping已經(jīng)成功地

　　讓其他天文學(xué)家開始研究這個(gè)想法，

　　雖然幾乎沒有人會基于這篇論文就發(fā)射一個(gè)航天器，

　　但至少這是朝這個(gè)方向前進(jìn)的出色的第一步。