科学家希望利用太阳引力在恒星之间进行交流

引力透镜现象发生在具有质量的物体在时空结构中产生波纹和凹痕时，光线必须沿着这些线传播，有时会产生放大镜效果。这听起来和看起来都像是科幻小说中的荒诞之事，但它实际上是天文学中一个非常重要的工具。詹姆斯·韦伯太空望远镜最近经常出现在新闻中，原因就在于此：观察光线如何在太空中绕着巨大的星系团弯曲，揭示出它们后面更暗、更远的老星系。

现在，NASA 喷气推进实验室的科学家 Slava Turyshev 正试图利用太阳，将这些引力透镜之一利用到离地球更近的地方。在一篇发布到预印本服务器 arXiv 的新论文中，Turyshev 计算了所有详细的数学和物理知识，以证明以这种方式利用太阳引力实际上是可行的，而且用途相当巧妙。所谓的“太阳引力透镜”（SGL）可以帮助我们将光信息传送到恒星中，以进行星际通信，或探索遥远系外行星的表面。

“通过利用恒星的引力透镜效应，天文学将在观测能力方面实现革命性的飞跃，”未参与这项新研究的宾夕法尼亚州立大学天文学家尼克·图赛 (Nick Tusay) 表示。“光是双向的，所以如果我们有可以交流的人，它也可以提高我们的传输能力。”

对于地球上的望远镜来说，越大越好。为了收集足够的光线来发现非常微弱的遥远物体，你需要一个巨大的镜子或镜头来聚焦光线——但我们实际上只能建造这么大。这就是 SGL 的作用所在，它是一种建造更大望远镜的替代方案，而不是依靠太阳引力弯曲的时空来为我们聚焦。

“使用 SGL 消除了建造更大望远镜的需要，但提出了如何将望远镜移到太阳焦距（以及如何将其保持在那里）的问题，”未参与这项新研究的伯克利天文学家 Macy Huston 解释道。“并且正在进行大量工作以尝试解决这个问题，”他们补充道。

图里舍夫正在积极设计一项任务，将一台一米望远镜（不到著名哈勃望远镜的一半大小）送往太阳引力井的焦点。这是一次相当漫长的旅程——这个焦点距离我们的恒星约 650 个天文单位，几乎是人类目前距离记录保持者旅行者 1 号的五倍。为了在不到一生的时间内到达如此遥远的距离，该团队依靠尖端的太阳帆技术以前所未有的速度前进。

目前，詹姆斯·韦伯太空望远镜正在研究其他恒星周围行星的大气层，而 2040 年代未来的宜居世界天文台有望能够看到足够多的系外行星大气层细节，从而找到生命迹象。图里舍夫的任务将是确认其他星球上存在生命的下一个重大步骤，有望于 2035 年左右启动。一旦 JWST 和 HWO 确定了可能有趣的星球，SGL 望远镜就会详细绘制系外行星的表面。图里舍夫声称，它将能够看到一颗放大到 700 x 700 像素的行星——与直接成像目前的 2 或 3 像素相比，这是一个巨大的进步。“例如，如果那颗系外行星上有一片沼泽，正在排放甲烷，我们就会知道它位于这个大陆的这个岛屿上，”他解释道。

展望科幻未来，同样的 SGL 技术不仅可以用作“从太阳系中用于详细观察其他行星系统的望远镜”，还可以用作“星际通信网络（用于有目的的通信）”，休斯顿说。放置在太阳引力焦点处的激光器可以向其他恒星发送信息，而不会像我们目前的地球信标技术那样丢失太多信号。

“如果我们有一天会成为星际文明，那么这颗恒星系统（SGL）可能是恒星系统之间最有效的通信手段，”图赛说道。自 20 世纪初以来，我们的无线电信号就从地球大气层中泄漏出来，距离地球越远，信号就越微弱。图里舍夫的数学计算表明，即使考虑到现实世界的背景噪音，从 SGL 发出的信号在附近的恒星远处也很容易被注意到。图里舍夫说，通过 SGL 进行传输“并没有被禁止，物理学确实鼓励这样做”。

然而，这项技术并不能解决我们在星际间遇到的所有障碍。我们也许能够发送信息，但我们仍然没有办法将自己送往星际旅行。我们的银河通话也会有巨大的延迟——更像是骑马发送跨国信件，而不是和朋友进行 FaceTime 通话。“光仍然有最大速度，”图赛提醒道。因此，向四光年外的恒星发送信息需要四年才能到达那里，而回应需要四年才能到达我们。尽管如此，太阳引力透镜是将我们的科幻未来变成现实的一大步。