借太阳之力，看见“第二个地球”

有朝一日，人类能否观测到遥远类地行星上的大陆、海洋和极地冰盖？即便是一张10×10像素的图像也几乎难以实现——根据上近日在线公布的预印本论文，要生成这样的图像，需要一台主镜直径达160公里的太空望远镜。部署小型空间望远镜群，或在地球、月球表面协同运作的庞大仪器阵列同样不可行——它们需要数百年才能收集足够的光子。但论文提出了一种可行方案：利用太阳作为巨型透镜，通过引力聚焦光线。

通过在太阳透镜焦点处部署数台配备1米镜面的空间望远镜，天文学家可捕捉到800×800像素的系外行星高清图像，清晰度不仅能呈现海洋，还能捕捉到地球上象征光合作用等生物活动的绿色色调。

然而，一个关键问题是，该焦点距离太阳的距离是地球到太阳距离的550倍——相当于美国美国航空航天局（NASA）“旅行者1号”近50年在太阳系外空间航程的3倍。不过论文作者、NASA喷气推进实验室的Slava Turyshev认为，借助大型薄型太阳帆推进技术，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。

他说：“在我们有生之年，我们就能观测到系外行星，并能够确认或否定是否存在与地球生命类似的生命形式。”

星系或星系群能够通过引力使更遥远的物体的光线发生弯曲并得到放大。利用太阳作为引力透镜的构想已存在数十年之久。1993年，意大利天文学家Claudio Maccone向欧洲航天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，以进行更深入研究。

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状结构的各个部分。更复杂的是，由于系外行星绕其恒星运行及恒星相对于太阳的运动，该环将持续移动。在地球上，研究人员必须想办法将环状结构还原为真实图像，并消除行星光线穿过太阳大气层时造成的模糊现象。Landis表示：“这些都是难题，但都是可解决的。”

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，却无法实现高速飞行所需的持续加速力。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能帆，这种装置由有铝膜涂层的薄塑料片构成，能够捕捉来自太阳的微弱光子压力。

在某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片扇形太阳能帆板，每片面积达20平方米且可单独控制，从而实现转向。航天器将掠过太阳表面获得引力加速度，再加上帆面收集的推力，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。即便是这样的速度，仍需近80年才能抵达太阳焦点。

“要获得理想的加速度，必须大幅增加帆面面积。”曾参与NASA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。

任务还需选择一个合适的目标。望远镜每次仅观测一个行星系统，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信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”，而该设备最早要到本世纪40年代才能发射。