我们如何将地球变成一个巨型望远镜

我们怎样才能更深入地观察宇宙呢？通过将望远镜指向地球。

地球的大气层可以帮助我们看得更远。

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上个月，美国宇航局宣布了脉冲等离子火箭的开发进展，这是一种新型推进器，可以帮助实现有史以来最酷的天文学项目之一。

这个想法首先由爱因斯坦（有点不情愿）提出，实际上相当简单，并且基于我们现在在天文学中经常使用的一个概念，即“引力透镜”。正如爱因斯坦广义相对论所暗示的那样，宇宙中的巨型物体会弯曲时空，改变光的路径。 

天文学家利用宇宙的这一便利特征来观察恒星和黑洞之外的光，但我们受到这些巨大物体放置位置的限制。然而，我们确实有一个（相对）附近的天体可以在我们古老、可靠的太阳中产生这种效应。

“太阳的引力场就像一个球面透镜，可以沿着半无限焦线放大来自遥远光源的辐射强度，”首先阐述这一想法的冯·拉塞尔·埃什勒曼 (Von Russel Eshleman) 在 1979 年的一篇论文中写道。 

“原则上，这条线上任何地方的航天器都可以在星际距离上进行观察、窃听和通信，使用的设备的尺寸和功率与现在用于行星际距离的设备相当。如果忽略日冕效应，相干辐射的最大放大系数是与波长成反比，1 毫米处为 1 亿。”

这是一个非常酷的概念，并且并不完全超出在不久的将来可实现的太空项目的范围。 

但类似的概念可能更容易实现，只需要我们前往月球约 85% 的距离，而不是太阳望远镜想法所需的 550 个天文单位 (AU)（其中 1 个 AU 是地球与地球之间的距离）和太阳）。

这就是“望远镜”，由哥伦比亚大学天文学助理教授戴维·基平提出。在 2019 年的一篇论文中，以 YouTube 频道 Cool Worlds 闻名的基平提出，我们可以利用地球大气层对光的折射来实现类似的效果。

尽管您可能没有意识到这种折射，但在晴朗的日子里您会看到它的证据。当太阳刚刚落入地平线以下时，或者在早晨升起之前，由于光的折射，您可以看到它似乎出现在地平线上方。

“想象一颗遥远的恒星落在地平线上。来自该恒星的光进入地球大气层并偏转半度，掠过表面并返回大气层，再弯曲半度，因此总共弯曲一度，”基平在酷世界视频中解释道。

“来自同一颗恒星的光也会照射到相反的半球上，两束光线会在地球半径除以一度给出的距离处汇聚在一起，所以这个距离正好位于月球轨道内部。这是一个焦点。”

基平继续说道：“如果射线离地球更近，它就会撞击地表，从而消失。如果射线的高度稍高一些，那么它的弯曲程度就会小一些，因为海拔越高，大气层就越稀薄。”因此，这意味着您不仅会获得表面掠过光线的焦点，而且还会在比该距离更远的每个点上获得焦点，换句话说，您将获得焦线。”

沿着这条线放置一台望远镜，你应该能够比使用普通望远镜看到更远的距离，因为你实际上使用的是一个与地球大小相同的天然望远镜。

为了解释云的影响，您可以使用在大气层中更高的地方传播的光，尽管这需要传播到比月球更远的地方。 Kipping 表示，使用这样的系统，可以实现约 10-40,000 次放大，相当于拥有一架 150 米（492 英尺）的太空望远镜，远大于 6.5 米（21.3 英尺）的 JWST 镜子。

虽然这是一个简洁的概念，并且是利用太阳作为望远镜的巨大潜力的测试，但仍有很多问题需要克服，例如气辉、来自地球的热发射和散射，以及来自太阳光的干扰。我们有可能克服这些问题，但就目前而言，它仍然是一个有趣的想法，而不是一个可实现的项目。

该研究发表在《太平洋天文学会出版物》上。