天文学家总希望观测仪器的口径越大越好,但把那么大的望远镜送上卫星轨道实在是代价高昂。镜片越大,能够收集到光就越多,也就能看见更暗的目标。同时它们的放大倍数也更大,能够看清更多的细节。然而,人类能够送上天空的望远镜的口径和重量是有限的。

如果设计的足够精妙,口径问题是可以解决的。比如说将主镜拆分成许多六角形的镜片,堆叠起来发射。将于2018年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜采用的就是这种结构。重量问题却始终很棘手,需要我们打破常规,从镜片材料着手。帕萨迪纳市(美国加州)马尔科-昆德雷利和罗切斯特理工学院的格罗弗·施瓦茨兰德找到了一个解决办法。

詹姆斯·韦伯太空望远镜镜片他们的想法是发射一火箭的微小反射微粒,将这些微抛撒在太空,并利用激光将微粒云雕刻成望远镜镜片形状。激光器布置在靠近微粒云的轨道卫星上。

激光照射在物体上时会对物体施加两种力,一种沿着激光照射方向,驱使物体远离激光光源。另一种力与光束垂直,被称为升力,散射力与升力的组合能够塑造发光微粒云,使其成为想要的任何形状,当然也就包括了望远镜主镜的凹面形。

然而即使每个微粒都摆放在恰当的位置,这种镜子的表面也不可能是光滑的。这意味着这种望远镜获得的照片都会存在斑点噪声。为了解决这个问题,研究人员采用了多次拍照的办法。每一个微粒的随机漂移使得每次拍摄产生不同的散斑。拍摄的次数足够多后,就能通过计算机将信号和噪声分离开来,并去除噪声。

至少理论上这是可行的,部分理论已经得到了实验的检验。4月15日施瓦茨兰德博士宣称,他们成功实现了用这种镜子产生无散斑图像。他和同事们通过将微粒(即一些从附近商店买的银色闪粉)抛洒照射在其表面。然后用激光模拟双星(一对相邻的星体)照射在其表面,并记录反射图像。通过计算机消除散斑,通过两部分模拟使其更接近普通镜片。

不得不说的是,在实验室和在太空是有天壤之别的。除了记录图像,让微粒在最初的地方聚集成镜片形状也就没什么问题了。正如 Quadrelli博士指出的,观测误差取决于被观测星体发出光的波长。红外或微波信号并不需要微粒位置非常精确,因为它们形成的是不可见光图像。即使已经证明不可能形成光频图像,这种微粒镜片还是能很有用的。

初级的太空测试可能包括塑造一个瓶盖大小的镜片。如果成功的话,微粒镜片的大小就不受什么限制了。此外,收集数不尽的尘埃也是个难题。

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作者:The Economist 译者 张生
来源:译言网