也許你還記得「哈利波特與魔法石」的開場場景，那一幕發生在女貞路。一個留著鬍子的人從深色長袍里拿出一個神秘裝置，叫做發光器，路燈的燈光一個接一個地射進裡面。在過去的十多年裡，世界各地的科學家們一直在忙於設計和完善一種類似設備，稱為日冕儀。用它阻擋來自恆星的光線，這樣科學家就可以拍攝圍繞它們旋轉的行星，即系外行星的照片。500多年前，義大利修士佐丹諾·布魯諾(Giordano Bruno)假設：
夜空中的恆星就像太陽一樣，周圍環繞著行星，其中一些可能蘊藏著生命。從20世紀90年代開始，天文學家利用地面和衛星觀測收集了數千顆太陽系外行星或系外行星存在的證據，系外行星的發現也贏得了2019年諾貝爾物理學獎。系外行星研究的下一個主要里程碑是在可見光下成像和表征木星大小的系外行星，因為成像地球大小的行星要困難得多。然而，成像外木星將表明，太空人擁有所有必要的工具來成像和描述附近恆星宜居帶中地球大小的行星，那裡可能存在生命。
目前，世界各地的科學家和工程師正在設計能夠在其宜居地帶對地外地球成像的空間飛行任務，如宜居系外行星觀測站(HabEx)和大型紫外/光學/紅外測量儀(LUVOIR)，然而距離它們發射至少還要十年的時間。在為這些旗艦級任務做準備時，關鍵技術和軟體工具的開發和驗證至關重要，日冕儀對於所有這些成像工作都是必不可少。作者我一名物理學教授，領導著一個研究小組，該小組設計了許多曾在NASA任務中飛行的實驗。
可見光成像系外行星
在過去十年左右的時間裡，團隊一直在開發所需的技術，以直接對附近恆星周圍的系外行星進行成像和表征，並在火箭和氣球上對它們進行測試，然後才能選擇它們進行重大太空任務的飛行。儘管已知有4000多顆系外行星的存在，但大多數都是通過間接方法探測到的，比如當行星從前面經過並阻擋其部分光線時，會發生凌日現象，這是開普勒和凌日系外行星調查衛星(TESS)任務所採用的技術。2019年諾貝爾獎獲得者使用了另一種間接方法：
該方法依賴於測量恆星圍繞恆星運行的微小和周期性運動。但是，一張特徵與太陽系相似的系外行星照片還沒有拍攝到。為系外行星成像是很困難的，例如即使是像木星這樣巨大的行星也比太陽暗10億倍，從遠處看，地球比木星暗10倍。但是，為系外行星成像的困難並不是因為它們是昏暗的，包括哈勃太空望遠鏡在內的大型望遠鏡拍攝到的都要暗得多。為系外行星成像的挑戰與拍攝一個非常暗淡的物體照片有關，而這個物體離一個明亮得多的物體很近。
由於恆星和行星相距很遠，當拍攝到它們時，它們看起來就像天空中的一個亮點，就像汽車的前燈從遠處看起來就像一個亮光一樣。因此，即使是最新成像的系外行星挑戰也類似於在加利福尼亞州，一個人在距離麻薩諸塞州燈塔明亮燈光3米遠的地方拍攝一隻蒼蠅照片。研究團隊新測試飛行了一個名為行星成像概念測試床的高空氣球實驗，使用的是一個可回收的實驗-日冕儀，它測試了日冕儀在太空中工作的能力，以成像系外行星及其環境。
Picture-C日冕儀創造了人工日食，以使星光變暗或消除，而不會使恆星照射的行星變暗。它被設計用來捕捉距離中央恆星非常近的暗淡小行星帶狀天體。雖然直接對系外行星成像需要日冕儀，但6000磅的設備還包括可變形反射鏡，用於校正由於重力變化、溫度波動和其他製造缺陷而變形的望遠鏡反射鏡形狀。最後，整個裝置必須在相對較長的時間內在空間中保持穩定。美國宇航局專門設計名為「沃洛普斯弧形第二指針」(WASP)的吊船搭載了Picture-C。
博科園｜文：Supriya Chakrabarti/The Conversation
博科園｜科學、科技、科研、科普