如何利用引力透鏡進行深空探測——訪國際宇航科學院太空科學探索技術部主任克勞迪奧·馬可尼

□ 本刊記者 周 武

2011年10月27日，國際宇航學院太空科學探索技術部主任克勞迪奧·馬可尼先生應邀訪問中國宇航學會，與學會副理事長兼秘書長楊俊華和國際宇航科學院（中國）研究中心的相關人員進行了會談。本刊記者對馬可尼進行了采訪。

記者：馬可尼博士，您好！歡迎光臨中國宇航學會，您是世界知名的宇航專家，我對您的研究領域特別感興趣，比如利用引力透鏡作用進行太空探索，《太空探索》有很多讀者也對尋找“外星人”這種話題感興趣。

馬可尼：哈哈，你是怎么知道的？

記者：上網。而且我聽說您在北京航空航天大學作了三場講座，大受歡迎。

馬可尼：他們很聰明，很熱情，互動很熱烈！我是應北航“航天科學與技術研究生學術論壇”邀請，從10月24日～26日連續三天為宇航學院研究生分別作了題為“Focal space mission to 550AU and beyond”（聚焦550AU甚至更遠的空間任務）、“KLT to filter very weak signals out of noise”(利用KLT提取微弱信號)和“The search for extraterrestrial intelligence”（簡稱SETI，對外星智能生命的探索）的專場學術報告。

中國宇航學會副理事長兼秘書長楊俊華熱情接待了來訪的克勞迪奧·馬可尼博士，并贈送了中國宇航學會第六屆全國會員代表大會紀念品

記者：第一個題目指的是利用引力透鏡進行太空探索嗎？為什么是550天文單位？

馬可尼：你知道引力透鏡嗎？引力透鏡就是光線在引力場中發生偏折，就像光線從空氣進入玻璃一樣，玻璃能用來做透鏡使物體成像，引力場也一樣。

光線在引力場中的偏折，最早是愛因斯坦在廣義相對論中的推論，1919年，英國天文學家愛丁頓在觀測日全食時發現，太陽引力場引起的光線偏折導致背景恒星的視位置發生1.8角秒的變化，從而驗證了愛因斯坦的推論。

我們可以把一個點源比如恒星作為待成像的天體，你是觀測者。在你和恒星之間有一個作為透鏡的天體(可能也是恒星)。如果按光學透鏡來類比的話, 你可以認為在包圍透鏡天體的空間充滿介質, 介質的折射率隨離引力源的距離而改變：越近越大，越遠越小，在無窮遠處趨向于1(真空的折射率)。這個引力透鏡就類似一個折射率隨到中心的距離變化的巨大無比的玻璃球了。從恒星發出的光經過“透鏡”被偏折，只有那些恰好被偏折到沖著你的方向的光線才能被觀測到，那就是一個像了。和我們通常用的玻璃透鏡不同的是，在作透鏡的天體是點源的情況下，你一般能觀測到兩個像, 分別處在透鏡天體的兩側, 不過一個靠近透鏡天體一點, 一個遠一點。

克勞迪奧·馬可尼，意大利人，資深宇航專家， 2001年9月30日，當選為國際宇航學院國際宇航科學院院士。2004年12月30日，被任命為國際宇航學院太空科學探索的技術部主任。他已經出版超過80篇科學和技術論文，大多數是有關航空航天工程方面的。1999年10月3日，他的第二本書（on the Sun’s gravity lens and space missions）被國際宇航科學院授予了“1999年工程科學圖書獎”

國際宇航科學院院士、北京航空航天大學莊逢源教授陪同克勞迪奧·馬可尼游覽頤和園

哈勃望遠鏡拍攝的影像

引力透鏡示意圖

更有意思的是，如果被成像的恒星，作為透鏡的天體，還有你，恰好處在同一條直線上的話，這兩個像就合在了一起變成了個圈圈，這個圈圈被稱為愛因斯坦環。

通過引力透鏡成的這兩個像還有一個特點，就是它們合起來要比沒有透鏡情況下的天體要亮，具體亮幾倍，取決于你和透鏡及待成像天體的相對位置，三者越接近一條線像就越亮。如果作為透鏡的天體不是點源，而是有一定的質量分布，比如是個雙星系統或者星系、星系團什么的，那情況就稍復雜點了，你可能會觀測到多個像。在星系或星系團情況下，你還可以觀測到引力透鏡弧。

記者：在天文望遠鏡的觀測圖像上，我看到過類星體的引力透鏡多重像，就像天上的“海市蜃樓”，他們對太空探索有何作用？

馬可尼：你說的是引力透鏡效應。引力透鏡可起放大背景天體的作用。我報告的題目是“FOCAL space mission to 550AU and beyond”，一眼看上去，幾乎每個人都會疑惑，為什么是550AU？答案是這個距離是太陽作為引力透鏡的最小焦距，如果我們在這個距離和比這個距離遠的地方放置一個射電望遠鏡，我們就可以利用太陽的引力透鏡效應觀測遠方的天體。

有三個可能的目標：銀河系中心的黑洞、距離太陽最近的恒星以及地外行星。到此，天文學家可能就會止步了，能研究銀河系中心的黑洞就已經不錯了。但是研究技術的人會走得更遠，他們想到的是，把太陽作為一個放大器發射信號到深空。如果我們要發射一艘太空船到離太陽最近的恒星，這個想法就是必要的，這可能是唯一的一種我們能與這艘船保持通訊聯系的方案。

記者：聽起來真有趣，就像科幻小說一樣。關鍵是怎么把望遠鏡放到那么遠的地方？

馬可尼：還要解決星際探測器的誤碼率和無線電通訊。

在持續1個多小時的采訪中，博士熱心地為我詳細解答，真是受益匪淺。很多奇思妙想聽起來就像科幻小說，但是按照博士的說法，“這些想法你應該寫下來，提交給某些機構，批不批，管他呢，反正這些想法遲早會實現的。如果不寫下來的話，這些想法就無法保留下來。”

引力透鏡原理示意圖