太空望远镜用特殊金属片聚光无需透镜

8厘米宽的不锈钢雕刻样板证实菲涅尔成像仪可行

菲涅尔成像仪由2艘太空船组成

光线通过金属片的孔洞聚集成一个图像

据英国《新科学家》杂志报道，科学家提议建造的一架太空望远镜将利用带图案的金属片来聚光，而不需镜子或透镜。而且，此望远镜将具有令人惊讶的犀利视力，能发现其它恒星周围的地球大的行星。
 
天文望远镜通常是用弯曲的镜子来聚光，但向太空发射时对镜子的大小就有限制，因为发射大型的物体到太空会增加成本，况且发射火箭的威力也是有限的。而这种新型望远镜采用了完全不同的方式来聚光，不需较大的主镜或透镜，而只需采用一面较小的次要镜子或透镜。
 
此技术诀窍是充分利用了自然光波，能导致光线围绕着物体的边缘发生弯曲。这种现象就叫“衍射”，这就是为何你能听到来自大楼角落的声音的原因。这意味着只需让光线通过不透明金属片上雕刻的某种样式的孔洞，就能让光线聚集成一个图像。其实，这类图案的金属片早就用来聚集激光束，但一直没有应用到天文学领域。
 
科学家称此金属片为菲涅尔区金属板，这一命名是源于法国物理学家菲涅尔于19世纪研究了衍射现象。
 
由法国图卢兹市一家天文台的天文学家劳伦柯其林领导的科研小组表示，强大的“菲涅尔成像仪”只需预先将一片金属板加工成菲涅尔模式，固定在牢固的框架上，再发射到太空就大功告成。配备有摄像机和其它科学仪器的太空船将坐定在其聚集点上，和“菲涅尔成像仪”保持一定距离，并记录其观察结果。
 
具备犀利视力
 
由于新型望远镜依托金属片而不是重大镜子，因此相对传统的望远镜，它的重量更轻，发射成本更少。而且，菲涅尔成像仪虽然只聚集了10%左右的光线，但其视力相当于同等大小的传统望远镜。此外，它也能在紫外线和红外线以及可见光下进行观察。
 
柯其林表示，再者，此成像仪能拍摄对比度更高的清晰图像，能观察到明亮星体附近非常暗淡的天体。“我们能获得太阳系外行星系统的图像。”至今为止这种图像很难获得，这是因为行星如此暗淡，以至于往往淹没在它们的母恒星的光辉之下。
 
寻找生命迹象
 
一架宽30米的菲涅尔成像仪将具有足够大的威力，能看到距离地球30光年范围内的地球大的行星，并能测量此行星的光谱，以寻找生命迹象，如大气中的氧气。菲涅尔成像仪还能测量遥远宇宙中非常年轻的星系的特性，拍摄我们太阳系中任何天体的详细图像。
 
不过，虽然菲涅尔成像仪比传统望远镜轻上许多，但发射和展开一架宽30米的菲涅尔成像仪也不大容易。我们知道，如此巨大的金属片得折叠起来进行发射，之后要在太空中展开。为此，柯其林小组向欧洲宇航局提议先尝试发射宽3.6米的菲涅尔成像仪。尽管如此，这种小型的发射任务也将面临一些严重挑战。
 
太空船和成像仪得精确排列
 
挑战之一是光线的聚集点距离金属片数千米，这意味着摄像机和其它仪器得安装在分离的太空船上，而且太空船和成像仪得精确排列才行。特别微妙的是如何让这二艘太空船来回移动而能精确排列成一线。因为每锁定一个新目标，菲涅尔成像仪就得旋转角度，从而装备仪器的太空船也得跟着移动到新的聚集点上。但柯其林表示此任务有足够的燃料就能观察上万个不同的天体。
 
另一个问题是菲涅尔区金属片因波长不同而聚光功能也不同，如果不进行适当调整就会出现失真的图像。但柯其林表示将特定形状的透镜——菲涅尔透镜放在第二艘太空船上，就能在仪器进行校正之前拦截这些光线。
 
柯其林小组设想将2艘太空船放在一个地日拉格朗日点上，这是因为在地日拉格朗日点上，来自2个天体的引力可以相互抵消。因此，这就相对容易将2艘太空船精确排列起来，但此纵队的飞行还是一大挑战。美国宇航局戈达德太空飞行中心的马克古其勒表示菲涅尔成像仪具有犀利视力的优势，但现在还不清楚它和其它设想相比有何优劣，得实际尝试一下才知道。
 
古其勒表示，菲涅尔成像仪的一个潜在困难是金属片反射的少量太阳光会进入摄像机和其它仪器，影响观察。柯其林小组承认有这种潜在的问题，表示得需要遮帘来避免金属片反射出这类光线。
 
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