從伽利略手工研磨天文望遠鏡觀測月球和木星,到現在哈勃和韋伯望遠鏡觀測百億光年外的星系,天文學家們手里的設備可謂是越來越先進了。
可惜的是,雖然望遠鏡的口徑越來越大分辨率也越來越高,但我們仍然無法看到任何一顆系外恒星或者行星的細節,除了太陽之外的任何一顆恒星在望遠鏡看來都是一個沒有任何細節的亮點,別說恒星周圍的行星了,就連恒星的圓盤狀都看不出來。
哪怕是太陽系內的火星和木星,天文望遠鏡也無法像人造衛星拍地球一樣直接看到火星地表細節,那麼有沒有什麼辦法能讓我們直接看到目標天體的細節呢?
根據愛因斯坦廣義相對論中的質量扭曲時空,以及大質量天體會偏折光線的道理,天文學家構思了一種太陽望遠鏡,通俗來說就是在距離太陽650個天文單位遠的地方架設觀測設施,用太陽引力導致的引力透鏡當作鏡片,從而獲得一架能觀測遙遠目標的望遠鏡。
根據計算,在太陽引力充當鏡頭的情況下,這種望遠鏡觀測100光年外的目標時分辨率能達到驚人的10平方千米,這種分辨率雖然不足以看到目標行星上的微觀細節,但觀測地形地貌是足足夠用的。
最重要的是,這種望遠鏡可以無限拓展和組合,到時候觀測遠距離的恒星和星系時,看到的將是一個充滿細節的圓盤,而不是一顆只有幾根星芒的無細節亮點。
考慮到1977年就發射升空的旅行者系列探測器,迄今為止也才飛了160個天文單位,還需要3萬年才能飛出太陽系。
現如今的宇航速度并不能讓天文學家在短時間內,到達距離太陽650個天文單位的位置,非要去的話也不是不行,只是航行時間會長達一個多世紀,就算在不遠的未來出現了冬眠技術,一個多世紀的漫長時光也還是太久了。
相較于原理的通俗易懂,太陽引力望遠鏡的難點更多體現在工程難度上,想要在650個天文單位之外的太陽系邊緣建造調試設備,并收集合成目標天體數據,對現在的人類文明而言完全是一項超級工程。
和射電望遠鏡無法直接對目標成像一樣,太陽引力望遠鏡未來真的出現后,也無法直接看清目標,因為光線穿越鏡片后的聚焦會導致光波之間相互干涉,發生所謂的衍射,這種衍射將決定望遠鏡的觀測精度上限。
理論上來說,如果觀測目標的距離從100光年縮短到4. 22光年,也就是觀測距離太陽系最近的比鄰星系統的話,望遠鏡的性能將得到最大程度的發揮,到時候觀測比鄰星b將使得望遠鏡的分辨率達到10千米到100千米。
其實遠距離觀測目標天體的細節,一直以來都不只是人類文明的苦惱,天文學家們相信宇宙中任何一個智慧文明都有類似的煩惱,尤其是在可見光波段,宇宙中除了天然的引力透鏡外根本不存在任何足夠大的介質去放大遠方的光線。
所以宇宙中的高級外星文明如果愿意,它們可能會采用黑洞或者中子星來充當引力望遠鏡的光學部位,因為它們的引力比恒星大多了,不論是放大效果還是穩定程度都不是太陽這種黃矮星能比的。