【精彩！航行在宇宙中的光帆，带我们看向更远的系外行星】
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图解：艺术家绘制的关于比邻星b的表面的概念图 ， 图源：ESO/M. Kornmesser
目前最大的望远镜也无法捕捉到离我们最近的已知类地系外行星——比邻星b 。 如果人类想获得一个这样遥远世界的照片 ， 我们需要思考得更远 。
如果我们想获得这样的照片 ， 其中一种方法是利用太阳 。 太阳的引力使它周围的空间弯曲 ， 而这种弯曲能够使光的路径发生偏转 。 在适当的距离下 ， 太阳可以被 当作为一个巨大的放大镜 ， 提供拍摄系外行星所需的分辨力 。
那么 ， 该如何才能将望远镜送到令人难以置信的遥远地方呢？一个天文学家小组建议使用一个巨大的光帆来推动航天器到达那里 。
天文学家们正在寻找一颗围绕着类似太阳的类地行星 ， 其距离恰好可以让液态水在其表面存在 。 但科学家们至今还没有找到那颗行星 ， 尽管人类已经发现了超过4000颗已知的系外行星 ， 令人印象深刻 。
绝大多数系外行星的搜寻工作都依赖于对非常小、非常遥远的物体的观测 。 通常 ， 天文学家拥有的数据对象可能比一个像素还要小 ， 他们观察亮度变化或光的光谱变化来确定系外行星的存在 。
在少数罕见的情况下 ， 天文学家已经能够拍到系外行星的照片 ， 但那些都是非常特殊的情况 ， 例如附近的、绝对巨大的行星 。
即使我们找到了一个地球2.0 ， 我们也无法拍下它的照片 。 举个例子 ， 最大的光学望远镜即将是智利的Vera C. Rubin天文台 ， 其孔径为8.4米（27.6英尺） 。 那是一个真正的巨型望远镜 。 但是 ， 如果我们把它对准比邻星b--最近的已知系外行星 ， 距离大约4光年 。 在这个距离上 ， 它的分辨能力将达到120万英里（190万公里） ， 大约是地球宽度的150倍 。
其他即将投入使用的望远镜 ， 如智利的极大型望远镜和夏威夷的三十米望远镜 ， 将无法在这个数字上取得多大的突破 。 我们所有计划中的天文台 ， 包括空间和地面的 ， 在未来的几十年里 ， 将永远无法看到外星的任何东西 ， 而只是一个光的像素 。
图解：艺术家绘制的太阳帆概念图 。 图源：美国宇航局
弯曲的重力
假设我们真的确认了地球2.0的存在；我们找到了一个可居住的世界 ， 并且通过光谱学 ， 我们确定生命可能已经找到了一个立足点 。 我们怎么可能拍下它的照片呢？
答案就在于引力 。 根据爱因斯坦的广义相对论 ， 物质和能量会弯曲它们周围的时空 。 光会被迫跟随这种空间的弯曲；无论空间弯曲到哪里 ， 光都必须跟随 。
英国天体物理学家阿瑟·爱丁顿正是利用这种光的偏转来进行广义相对论的第一次实验测试 ， 他研究了日食期间光线擦过太阳表面的星星的偏转 。 由于空间的弯曲 ， 恒星出现在天空中错误的地方 ， 其距离完全由爱因斯坦的方程所预测 。
这样的作用就像一个透镜 。 而透镜不仅仅用具聚焦光线；它们还能放大光线 。 如果你把太阳想象成一个巨大的放大镜 ， 你所要做的就是把一个航天器放在这个透镜的焦点处 ， 以利用其放大能力 。
这是一个多大的力量呢？太阳的引力可以像一个具有几千亿放大力的透镜 。 一个利用这一点的航天器 ， 在比邻星系上进行训练 ， 将具有几英里的分辨力 。 这将使它能够绘制出大陆、海洋、冰盖 ， 甚至可能是生物群落 。 这将是了解我们周围宇宙的一个非常强大的窗口 。
但也存在一个问题 。 这个焦点 ， 也就是我们需要放置望远镜以利用太阳引力透镜的位置 ， 距离大约550个天文单位（AU） 。 一个AU是地球和太阳之间的平均距离--大约9300万英里（1.5亿公里） ， 所以这意味着焦点将需要在550个地球-太阳距离之外 。 这几乎是冥王星的20倍之远 。 旅行者1号 ， 比其他任何航天器离地球都要远 ， 目前离太阳大约40AU 。
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