独特的矩形望远镜可能是找到地球2.0的关键吗?

矩形空间望远镜的概念设计,以衍射干涉日冕仪系外行星解析器 (DICER) 为模型 (图片来源:伦斯勒理工学院的 Leaf Swordy)

根据一项探索下一个伟大的空间望远镜可能是什么样子的新研究,为了分辨附近的类地系外行星,可能需要一种新的矩形而不是圆形的望远镜设计。

“我们表明,使用与 [(JWST] 大小大致相同、工作在与 JWST 大致相同的红外波长、且镜面是一个 1 x 20 米 [65.6 x 3.3 英尺] 的矩形而不是直径为 6.5 米 [21.3 英尺] 的圆形的望远镜,是有可能找到附近绕类太阳恒星运行的类地行星的,”纽约伦斯勒理工学院天体物理学教授 Heidi Newberg 在一篇关于该概念的文章中写道。

是一个能够对 大小的行星进行成像的新型空间望远镜。虽然尚未确定设计方案,但已经提出了一个最小孔径为 26 英尺(八米)的圆形镜面。这比目前最大的在轨天文台 JWST 大了五英尺(1.5 米)。

然而,Newberg 认为还有另一种方法。

如果目标是对充满水蒸气的行星大气层进行成像,那么望远镜需要进行优化,以检测波长为 10 微米(1000 万分之一米,相当于一根头发的厚度)的光,这是水蒸气发射的红外波长。

JWST 的中红外仪器 (MIRI) 可以在这个波长下进行观测,而且它确实已经探测到了 大气层中的水蒸气。在红外线下进行观测也提供了对比度提升:行星在可见光下会比其恒星暗 10 亿倍,但在最佳情况下,它“仅”暗 100 万倍——仍然非常暗,但在下一代空间望远镜的探测范围内。

然而,JWST 的 21.3 英尺(6.5 米)分段镜面太小,无法分辨位于类太阳恒星宜居带中的地球大小的富含水的行星。望远镜的角分辨率由观测波长除以望远镜直径再乘以 1.22 决定(称为瑞利判据)。为了在 30 的距离处分辨一颗地球大小的行星,需要一个孔径接近 20 米(65.6 英尺)的望远镜。但是,这样的望远镜将贵得令人望而却步,并且是一个工程噩梦,因为它需要多次折叠起来才能安装在可能发射它的火箭的整流罩内。

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