如果有太陽重力透鏡望遠鏡看到比鄰星行星是這個樣子
正如愛因斯坦最初以相對論通論所預測的那樣，重力改變了時空的曲率。結果，光遇到重力場會發生變化，這就是確認相對論的方式！幾十年來，天文學家一直利用重力透鏡（Gravitational Lensing），將一些遙遠的星體由前景中的巨大物體聚焦並放大。
在最近的一項研究中，兩名美國太空總署噴射推進實驗室理論物理學家維克多·托斯（Viktor Toth）和斯拉瓦·圖里舍夫（Slava Turyshev）認為，可以以相同的方式用太陽來建立太陽重力透鏡（Solar Gravitational Lens）。他們認為，這種強大的望遠鏡將提供足夠的光放大率，以便對附近系外行星直接拍攝它們的影像進行研究。這可以使天文學家確定像比鄰星b（Próxima b）這樣的行星是否很可以適合生物居住，然後再發射遠程太空船前往研究。
除了能夠進行各種深入的天體物理學研究之外，重力透鏡還產生一些有史以來最壯觀的宇宙圖像。這些包括所謂的愛因斯坦環（Einstein Rings），當來自遙遠物體的光遇到它與觀察者之間的重力場時，有時會看起來像一個環。
根據觀測者，在光源和鏡頭之間的對齊方式，來自光源的光也可能顯示為弧形，十字形或其它形狀。雖然任何大型物體都可以用作重力透鏡，但太陽在重力透鏡天文學中處於有利位置。對於初學者來說，它是太陽系中最重的物體，可以利用作為最強大的相機鏡頭。
太陽重力透鏡的鏡頭聚焦區域始於距太陽約550個天文單位的位置，這是未來任務要達到的現實距離。太陽系第二大的木星，它的焦點區域起始距離要超過2,400個天文單位。換言之，天文學家可以與太陽進行適當的對準以建立太陽重力透鏡，並將它應用在一些天文觀測項目，例如：對附近的系外行星進行很好的觀察。
當涉及系外行星表面特徵時，直接攝影像是一種特別有前途的方法，是未來的系外行星研究的重點（與尋找系外行星檢測相反）。通過檢查直接從行星大氣或表面反射的光，天文學家可以獲得表明行星大氣組成的光譜，甚至可能檢測到表面植物的跡象。
但是，這種方法比較棘手，因為當前的望遠鏡沒有足夠的分辨率直接形成影像一些靠近恆星運行的較小行星（在那發現岩石行星）。因此，為什麼絕大多數發現的系外行星都是巨大的氣態行星，而且通常具有長周期的軌道。
為了確定是否可以使用太陽重力透鏡，托斯和圖里舍夫依靠先前的研究為太陽重力透鏡開發了波動理論描述。最後，他們確定是真實的，甚至模擬了1024 x 1024像素分辨率的地球圖像（如上圖）看起來像是卷積的，並添加了高斯噪聲（左），並且在進行了反捲積後（右）。
如果地球與比鄰星4.24光年的距離相同，並由距太陽650個天文單位的望遠鏡拍攝，則地球將是這個樣子。如果仔細觀察，您會看到雲層和大陸之間的對比，在這種情況下，可以見到美國的加利福尼亞州、墨西哥。托斯和圖里舍夫估計，要得到如此細節，所需的總曝光時間約為一年。
當然，團隊還需要克服的幾個挑戰。焦點區域的距離是最重要的問題，距離地球大約822.8億公里。這大約是地球與航行者一號（Voyager 1）太空船之間距離的四倍，航行者一號是有史以來執行的最遠飛行任務的記錄，截至2020年，它已經飛行了150個天文單位（224.4億公里）。
為了處理來自太陽的干擾，還需要開發適當構造的日冕儀。幸運的是，托斯和圖里舍夫估計，鑑於太陽的焦距，日冕儀的直徑也應在一米左右。就像結合在一起以建立太空望遠鏡的小型太空船的技術一樣，這必須等待未來的發展。
但是收益，包括解決可能居住的行星的圖像，將是無法估量的！想像一下能夠拍攝比鄰 b行星的照片，該照片將顯示它上面陸地的大小和形狀看起來像是其廣闊的海洋旁邊（假設其中任何一個都有）。能夠拍攝比鄰星c的圖像有多美好？比鄰星 c行星是一顆巨大的氣態行星，相信具有類似土星環系統？
【圖：美國太空總署噴射推進實驗室；文：節譯自今日宇宙網頁】研究全文刊登在2020年12月10日出版 arXiv 論文預印本
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