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天文|花瓣状的星冕仪助力探索类地行星

宇宙中充满了行星 。 我希望人类在十年内建造一个宇宙望远镜 ， 用来发现围绕恒星的类地行星 ， 并且弄清楚它是否能孕育生命 。 在位于普林斯顿的美国宇航局喷气动力实验室里 ， 我和我的同事们正在致力于开发一项技术 ， 在不久的将来 ， 能够达到那个目的 。
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如今的天文学家相信银河系的每颗恒星都至少有一个行星 ， 并且推测这些恒星中多达五分之一拥有着可能孕育生命的类地行星 ， 但是我们还没有发现任何一个 。 我们只是间接地探测到了类地行星的存在 。 这张图片是美国国家航空航天局著名的暗淡蓝点的图像 。 它是1990年由旅行者一号摄制的 ， 当它即将离开太阳系时 ， 研究人员将它转向 ， 在六十亿千米之外拍摄了这张地球的照片 。
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我想要给围绕另外一个恒星的类地行星照相 ， 可是我们为什么还没有那样做呢？为什么很难做到呢？好吧 ， 想了解这个问题的话 ， 想像一下我们带着哈勃宇宙望远镜来到火星轨道之外 ， 并且掉转方向 。 我们会得到一张稍微有些模糊的地球照片 ， 因为在火星之外的轨道上 ， 这架望远镜相对来说很小 。 现在让我们把它移到十倍远的地方 。 现在我们在天王星的轨道上 。 地球变小了 ， 照片细节更少 ， 分辨率更低 ， 但还是能看到小小的月亮 。 现在我们再往外走十倍远 。
天文|花瓣状的星冕仪助力探索类地行星
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【天文|花瓣状的星冕仪助力探索类地行星】我们现在在太阳系的边界 ， 柯伊伯带之外 。 现在完全不能分辨清楚地球了 。 地球变成了卡尔·萨根所说的那个黯淡蓝点 。 现在让我们再移到又一个十倍远的距离 。 这时我们在奥尔特云以外 ， 在太阳系以外了 ， 太阳移动到视野之内 ， 占据了原本行星的位置 。 再一次 ， 后退十倍远 。 现在我们在半人马座α星 ， 这是靠我们最近的恒星之一 ， 行星完全看不见了 ， 我们所看见的是一个恒星的巨大光柱 ， 那比行星耀眼一百亿倍 ， 行星应该在那个小小的红色圈子里 。 那就是我们想看见的东西 ， 所以给系外行星拍照非常艰难 。 从恒星而来的光是衍射的 ， 衍射的光线在望远镜内分散 ， 形成了很明亮的图像 ， 冲淡了行星的光亮 。 那样的话 ， 要看到行星 ， 我们必须处理一下这些光线 。 我们必须消除它们 。 我有很多同事们正在致力于开发神奇的技术 ， 以消除干扰的光线 ， 但今天我想要告诉你们一个我认为是最酷的技术 ， 最可能在十年之内帮助我们发现另一个“地球”的技术 。
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这项技术最先由莱曼·斯皮策提议 ， 他是现代天文望远镜之父 ， 1962年的一次日食给了他这个灵感 。 你们已经看到 ， 这是日食 。 月亮已经移到太阳的前面 ， 它挡住了大部分的光 ， 所以我们能看到微弱的围绕太阳的日冕 。 如果我把我的大拇指竖起来 ， 挡住直射进我眼中的聚光灯 ， 也会是同样的效果 ， 而且我能看见坐在最后一排的观众 。 怎么一回事呢？嗯 ， 月亮在地球上投下了一个阴影 。 我们在那个阴影里放了一座望远镜或者一架照相机 ， 再透过这些仪器看太阳 ， 大部分的光被挡住了 ， 这使我们能看到日冕中微弱的、精巧的结构 。 斯皮策建议的是 ， 我们在宇宙里这样做 。
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我们要做一个大挡板 ， 把它送进宇宙空间 ， 放在要观察的恒星前方 ， 把大部分光都挡住 ， 让望远镜在这片人造的阴影里飞行 ， 砰！我们就看见了行星 。 实际情况也是差不多的道理 。 现在新的问题产生了 ， 事实上我们有了大挡板 ， 也看不到什么行星 ， 很不幸地它并不怎么起作用 ， 光波在挡板周围发生了衍射 ， 跟在望远镜里是一样的情况 。 就像溪流中的水能绕过石头 ， 光毁掉了人造的阴影 。 这个阴影很糟糕 ， 我们在里面看不见行星 。 实际上 ， 斯皮策知道解决方案 。 如果我们能把边缘弄成羽毛状 ， 把边缘变柔软 ， 我们就能控制衍射 ， 那么就能看到行星 。
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在过去十年中 ， 我们找到了最佳的解决方案 。 它看起来就像我前面描述的那个样子 。 我们叫它做我们的花瓣星冕仪（starshade ， 又译“遮星板”“星翳”） 。 如果我们把这些“花瓣”的边缘做得刚好正确 ， 控制它们的形状 ， 我们就可以控制衍射 。 现在我们有了巨大的人造阴影 ， 大约比以前的暗淡了100亿倍 。 接下来 ， 我们能看见行星的光柱显露出来 ， 就像那个样子 。 当然 ， 挡板一定要比我的拇指大 。 星冕仪的尺寸大约有半个足球场那么大 ， 而且它必须飞到望远镜5万千米以外 ， 望远镜必须停在它的阴影中间 ， 我们就可以看到那些行星了 。 这件事听起来艰巨 ， 但卓越的工程师们 ， 喷气动力实验室里我的同事们构思了一个精妙的设计 ， 完成了这个任务 ， 它看起来就像这个样子 。 它一开始围绕着一个枢纽 ， 然后从望远镜分离 ， “花瓣”缓缓撑开 ， 全部打开 ， 望远镜旋转过来 ， 然后你会看到它翻转并且飞到离望远镜5万千米以外的地方 。 它会移动到恒星前方 ， 营造一个神奇的阴影 。 妙极了 ， 我们观察到了围绕这颗恒星的行星 。 （观众鼓掌）谢谢你们 。


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