Sundiver航天器。图片来源：DARREN GARBE

本报讯 人类能否观测遥远类地行星上的大陆、海洋和极地冰盖？近日在预印本平台arXiv公布的一篇论文提出了一种可行方案：把太阳当作一个巨型透镜，通过恒星引力聚焦光线。

想要观测类地行星，即便是一张10×10像素的图像也很难获得——要生成这样的图像，需要一台直径160公里的太空望远镜。部署小型空间望远镜群，或在地球、月球表面协同运作庞大仪器阵列同样不可行，因为需要数百年才能收集到足够的光子。而在太阳透镜焦点处部署几台配备1米镜面的空间望远镜，天文学家就可获得系外行星800×800像素的高清图像，不仅能呈现海洋，还能捕捉地球上象征光合作用等生物活动的绿色调。

然而，一个关键问题是，该焦点到太阳的距离是地球到太阳距离的550倍，相当于美国国家航空航天局（NASA）“旅行者1号”近50年在太阳系外飞行距离的3倍。不过，论文作者、NASA喷气推进实验室的Slava Turyshev认为，借助大型薄太阳帆，可将航程缩短至25年。为此，他正在建造一艘航天器来验证这一设想。

Turyshev说：“在有生之年，我们就能观测到系外行星，并能够确认是否存在与地球类似的生命形式。”

星系或星系群能够通过引力使遥远天体的光线发生弯曲并将其放大。利用太阳作为引力透镜的构想已存在数十年。1993年，意大利天文学家Claudio Maccone向欧洲空间局提出了这一任务的建议，但未被采纳。10年前，W.M.凯克空间研究所重新提出了这一想法，Turyshev等人获得了NASA的资助，并进行了更深入的研究。

NASA格伦研究中心的Geoffrey Landis在2015年的一项研究中指出，太阳透镜无法呈现目标行星的清晰图像，它会将图像拉伸并晕染成一个直径可能超过1公里的“爱因斯坦环”。因此，望远镜需在太阳的焦点区域移动以捕捉环的各个部分。更复杂的是，由于系外行星绕恒星运行及恒星相对于太阳的运动，这个环会持续移动。在地球上，研究人员必须想办法将环转化为真实图像，并消除行星光线穿过太阳大气层造成的模糊现象。Landis表示：“这些都是难题，但都是可以解决的。”

Turyshev指出，最大的技术挑战在于如何在合理时间内将望远镜送达遥远的观测点。“星舰”等巨型火箭虽能提供强劲初始推力，却无法持续加速实现高速飞行。核动力推进技术至今尚未实现。他表示，唯一的选择是采用轻质太阳帆，这种装置由覆盖铝膜涂层的薄塑料片构成，能够利用来自太阳的微弱光子压力。

在一家慈善基金会的资助下，Turyshev团队正研发名为“Sundiver”的验证航天器。该航天器由标准的10厘米立方体卫星模块构成，总重不足10公斤。2027年发射后，它将展开6片扇形太阳帆，每片面积20平方米且可单独控制，从而实现转向。航天器掠过太阳表面获得引力加速度，加上帆面的推力，将以每秒33公里的速度飞出太阳系，这相当于“旅行者1号”速度的两倍。即便这样，它仍需近80年才能抵达“太阳透镜”焦点。

“要获得理想的加速度，必须大幅增加帆面积。”曾参与相关概念研究的NASA马歇尔航天飞行中心前首席技术专家Les Johnson说。Turyshev表示，整个任务有望在2034年前实现，届时将部署6艘配备双倍帆面积的航天器，飞行速度也将提升3倍。航天器后续将展开薄膜反射镜，兼作激光通信接收器。

该任务还需选择一个合适的目标。望远镜每次只能观测一个行星系统，若要转向其他系统，航天器需横向移动很远的距离。因此，规划者必须百分之百确定所选的系外行星具备适宜生命存在的首要条件，即大气中存在与生物过程密切相关的气体。这可能导致任务延期——要在类地行星上寻找生命迹象，可能需要依赖NASA计划中的“宜居世界观测站”，而该探测器最早要到本世纪40年代才能发射。

（文乐乐）

相关论文信息：

https://doi.org/10.48550/arXiv.2506.20236