抑制星光如何寻找其他地球

当前，系外行星的发现如潮水般涌来，但其中有一个方面被人们低估了，那就是促成这一发现的技术奇迹。科学家和工程师必须捕捉和探测到来自数光年之外恒星和行星的微小信号。即便是使用几十年前的技术，这也是不可能实现的，但现在看来却已是司空见惯。然而，在找到系外行星搜寻的“圣杯”——地球类似物之前，仍有一些技术障碍需要克服。

为了促进这一讨论，美国国家航空航天局(NASA)喷气推进实验室的BertrandMennesson领导的研究小组在arXiv预印本服务器上发布了一篇论文，详细介绍了当前围绕研究系外行星大气层最关键的技术方面之一——星光遮蔽物所开展的实验和理论工作。

尤其是，该论文讨论了最有趣的即将出现的太空技术概念之一的技术障碍。宜居星球观测站(HWO)是NASA最近十年调查的一部分。

虽然HWO的开发周期尚处于早期阶段，但其工作方式的总体轮廓已经很明显，即使一些技术细节尚不清楚。这些总体轮廓表明需要遮星罩或日冕仪——或者两者兼而有之。

论文详细介绍了遮星罩和日冕仪之间的区别。根据其定义，遮星罩是放置在主望远镜镜面和其所观察物体之间的滤光片。相比之下，日冕仪是放置在主镜面和望远镜传感器之间的滤光片。这两种方法在允许望远镜收集数据方面各有优缺点，但也可以结合使用。

正如弗雷泽在本视频中与马库斯·詹森博士所讨论的那样，星光遮蔽物不仅适用于太空望远镜。

全球有数个实验室一直在致力于开发遮星罩和日冕仪技术。然而，测试设置中的一些细微差别影响了他们的工作对HWO项目的适用性。一些测试是在真空中进行的，而另一些则在空气中进行。一些测试是在单片镜面望远镜上进行的，而另一些则在分段镜面上进行。

目前，HWO的基本运行模式是太空望远镜，考虑到目前发射规模的限制，这也意味着它必须分段。因此，只有一些用于验证日冕仪和遮星板技术的测试适用于HWO用例。

对于相关测试，有三个特定的“关键性能参数”(KPPs)，正如论文所称，它们会影响该技术的可行性。它们是图像的“原始”对比度、“校准后”对比度和“离轴吞吐量”。

论文中对这两项都有详尽的技术定义。但前两项可以理解为在图像经过数据处理算法之前(“原始”)和之后(“校准后”)观察系外行星的难易程度。离轴吞吐量是通过星光抑制系统从行星发出的光的百分比。

这三个KPP中的每一个都与其他两个KPP存在权衡。优化星光抑制系统(例如日冕仪或遮星罩)需要了解和验证这些设计权衡。论文提到，HWO的细节仍在不断变化中，因此无法确定必须做出哪些权衡才能拥有一个功能齐全的系统。

预计HWO观测到的系外地球的数量、它们的轨道参数以及天文台被允许捕获任何特定行星系统数据的时间长度等因素都将影响到本文考虑的模拟权衡。

最重要的是，该论文的作者表示，他们打算向HWO项目的技术委员会通报这些权衡，并帮助指导选择可能适合当前(或近期)技术发展状态的任务参数，该技术是系统最佳运行的最关键技术之一。

HWO仍处于早期规划阶段，尚未确定发射日期。目前，工作已开始围绕确定将做出技术决策的团队展开，这些决策将为HWO星光抑制系统的选择提供参考。该论文的主要作者Mennesson博士恰好也是其中一个委员会的联合主席之一。

但目前，我们有足够的时间来完善HWO设计，并继续开发和测试不同的星光抑制技术。如果系外行星发现的惊人速度可以说明什么，那么只要再多一点时间和精力，望远镜开发界就能开发出一个设计最佳的系统，帮助找到现代科学中最受追捧的发现之一。

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