世界上最大口径望远镜（地镜全地球望远镜）

简介：天文学研究最重要的一个问题就是如何制作更大的望远镜，近日一位科学家提出可以使用地球作为巨大的透镜来制作望远镜，更准确的说是通过地球的大气层来聚集光线。

天文学最大的问题之一是一个再简单不过的问题：光线不足。我们制造如此大的望远镜的原因就是为了收集足够的光线来观察微弱的物体。这个比喻就像雨中的水桶：水桶越宽，你收集的雨水越多。光子从天空落下，你的镜子越大，你收集的光就越多。

制造大望远镜很难。支撑一个大于8米的镜子是很困难的，尽管将它们分段（如詹姆斯· 韦伯太空望远镜）会有所帮助。然而，成本是巨大的，要使“范围”比我们现在拥有的更大，你必须开始考虑数十亿美元的预算。

原地踏步的天文学

量子泡沫的例子，在那里能量以十亿万亿分之一厘米的尺度释放，粒子进出。来源：美国宇航局/CXC/M.韦斯 · 韦伯灵 μ介子强烈暗示了一种奇异的新物理艺术品的存在，这种艺术品描绘了一种“着陆射流”，一种过热气体羽流，当一颗小行星在离地球表面很高的地方蒸发，但仍然设法到达地面时产生。这不会留下任何陨石坑，但仍会摧毁它下面的土地。来源：50万年前，南极洲被太空喷灯击中，因此天文学家们在收集光线方面变得很有技术含量。我所知道的最聪明的天文学家之一是大卫·基平。我写过几篇关于他的工作的文章，包括关于他对系外行星的搜索。和其他许多人一样，他是一个光子饥渴的天文学家，他最近发表了一个从宇宙物体收集更多光的惊人概念：地镜。

之所以命名它是因为它把地球当作一个巨大的透镜来聚焦光线。

是的，说真的。是全地球望远镜。

他制作了一个视频来解释：

镜头会弯曲光线所经过的路径（这称为折射），这样一个光子就会被引导到镜头中，否则它会错过你的相机。再一次用雨来比喻：一滴落在离你一米远的地方的雨滴会想念你，但如果你能偏转（折射！）当水滴还在高处时，它的路径会朝着你，你会被淋湿。

在地镜的情况下，镜头实际上是地球的大气层。它弯曲的程度取决于它进入的角度和它通过的物质（我们通常称之为介质）。这就解释了太阳（和月亮）在落下时看起来为什么是扁平的；太阳的顶部通过的空气比底部通过的少，事实上，来自这些部分的光线被挤压在一起，使得太阳在垂直方向上看起来更小。

从勺子里射出的光线透过玻璃放大，汤匙看起来是弯曲的，甚至被切成两半，因为水在光线通过时会弯曲光线。来源：菲尔·普莱特。

当光从一种介质移动到另一种介质（如空气到水，或空间到空气）时，其路径会稍微弯曲。它弯曲的程度取决于它进入的角度和它通过的介质。这就是为什么太阳（和月亮）在落下时看起来是扁平的；太阳的顶部通过的空气比底部通过的少，事实上，来自这些部分的光线被挤压在一起，使得太阳在垂直方向上看起来更小。

比如，一束来自遥远恒星的光线穿过地球的上层大气，其路径发生最大弯曲度约为1度（约为天空中太阳或月亮弯曲度的两倍）。现在想象你在太空中漂浮，地球在你和那颗星之间。你看不见星星，因为地球挡住了你的视线路径。但是，如果你的距离没问题，地球的空气将使恒星的光正好对着你。从地球到月球的距离大约是360000公里。

示意图显示了星光如何穿过地球大气层，聚焦在离地球和月球几乎一样远的点上。图片来源：大卫·基平

现在想想这个：从那里，地球看起来像一个圆盘，周围的空气是一个薄环。来自该恒星的任何光子在环中的任何一点撞击地球的空气都会朝着你弯曲。否则，所有这些光子都会与你的位置产生偏差，但随着地球空气的弯曲，你会看到很多光子。镜头就是这样工作的。

我会注意到，他的推特账户的头像是一幅工作情景图画。

作为地镜的一部分，地球大气层仿佛一件能让星光聚焦到相机上的奇幻艺术品。图片来源：詹姆斯·塔特尔·基恩/大卫·基平祖

同样的效果产生了一种称为中心闪光的现象，一个环绕大气的物体直接经过一个较远的物体的前面，这次日食（实际上，称为掩星）处于其中点时，你会得到一个突然的亮光。举例说，海王星的卫星海卫一阻挡了一颗遥远的恒星，土卫六也在做同样的事情。

因此，由于额外的光子，微弱的恒星会显得更加明亮。光可以是放大的：对于一米望远镜来说，它达到80000倍！太不可思议了。对于那些了解天文学的人来说，这是10.5级。该望远镜与哈勃比较，看物体不仅能更精细，还要更清晰。

事实证明这涉及到很多物理学知识，我已经省略了。例如，地球上方的空气密度随着高度的增加而降低（通常更冷），这会影响折射。这也取决于视野范围内光的波长。此外，在离地球很远的地方放置一个一米长的望远镜还有其他问题。例如，月亮会离你很近，你每个月都要做大量的站位保持工作。地球大气层中的云层阻挡了光线，这让人纠结，它大大减少了你所能看到的光线。

所以，你只能看地球后面的任何东西，所以要么你只看天空中碰巧存在的东西（这会一直改变，随着地球绕太阳运行，每年重复一次），要么你必须把望远镜往远处移动。基平在他的论文中探讨了其中的一些问题。

他发现，只要把望远镜移远一点，一切迎刃而解。位置在离地球150万公里的地方，经过地球表面14公里处的光线就会弯曲成焦点。避开了厚云层，使大多数红外光都可以在同等高度穿过空气，地面上可以观察到光谱的这一部分。

在这个距离上，一米望远镜的收集能力相当于150米望远镜！太意外了！这么庞大的光，从中收集的光越多，数据就越充分。这提醒了我：你必须把非常明亮的地球从你的探测器上挡住，这是我们应该做到的（使用日冕仪），只是一个工程而已。

地面望远镜真的可能吗？好吧，甚至基平在他的视频中也持怀疑态度，我不是说愤世嫉俗，纯粹科学上的怀疑，慎重地承认这个概念的优势与不足。他指出，要解决所有问题还要看以后，但向委员会提出这个想法是很有价值的。如果它真的实现了，将是最酷的望远镜。

BY: Phil Plait

FY: JANE

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