人類歷史上的太空探索史,基本上等於「透鏡」的演化史。從最早的伽利略望遠鏡到現今位於智利阿塔卡瑪沙漠的極大望遠鏡 (Very Large Telescope, VLT),無不是以改善兩項觀測基本要素:「玻璃弧度」與「稜鏡光澤度」為主。觀測超出太陽系以外星系最好的辦法,仍是發射人造望遠鏡至太空中,目的在於避開地球大氣層對地面觀測的干擾。

哈伯望遠鏡與錢德拉 X 射線天文台 (Chandra X-ray Observatory) 為目前太空中兩大著名的望遠鏡,提供科學家所需之宇宙觀測資料,但為取得資料的代價卻是驚人的天價。1990 年發射的哈伯望遠鏡耗資 25 億美元,1999 年發射錢德拉天文台前,為求降低成本,不得不降級其配備從 12 面透鏡減至 8 面、6 具科學儀器減至 4 具。

隨著人類探索宇宙的渴望日益漸增,能支持其欲望的資源卻是相對地稀少,當資源配置有限之情況下,科學家們必須設計一套不只能有效率處理資料的流程,同時兼顧降低資料解讀的成本。

  • 「汽球」搭載望遠鏡升空,只要人造望遠鏡的 1 % 經費!

一支來自於美國與歐洲的研究團隊目前已規劃一套宇宙觀測系統,憑藉一只涵蓋 99% 地球大氣層面積的太空望遠鏡,便能觀測宇宙一切動態,不可思議的是,這只望遠鏡懸吊在一只巨大汽球之下。

英國 Durham University 物理學家 Richard Massey 表示:「憑著這只如同美式足球場般大小的汽球,能有 99% 進入太空中,而只花費 1% 人造衛星所需之經費。」這項命名為 HALO (High-Altitude Lensing Observatory)  的計畫包括發射一枚高科技汽球至大氣層、在汽球升空之範圍內盡可能到達大氣層之最高點,這只飛行望遠鏡最大的目標在於勘測宇宙中所有暗物質 (dark matter) 的存在,並繪製其所在位置之地圖。

這項計畫是 Richard Massey 與其研究團隊於 2012 年發表於《Nature》雜誌的延伸,HALO 的原理來自於相對論中預測之弱重力透鏡 (weak gravitational lensing) 現象 (註:強重力透鏡可將銀河系光源變形成多銀河系影像或巨弧影像,而弱重力透鏡則產生微弱的變形),由於巨大物質能使得光波繞射,可藉此得知宇宙中究竟存在多少數量之暗物質,以及自古至今其分佈之演化過程。

那汽球的功用為何呢?為求精準偵測繞射光波,太空望遠鏡必須在變化莫測之大氣層中暢行無礙,且擷取不受干擾之太空影像,藉此定位暗物質。宇宙中大部分的質量來自於暗物質,光波之地位舉足輕重,「光波自遙遠星系穿越宇宙約 100 億光年之距離仍十分完整,一旦進入地球大氣層後便產生干擾,光波將到處反射,一切欲觀察之物質便呈現模糊不清之狀態」,Richard Massey 如是說。「這也解釋了星星閃爍的主因。」

(資料來源:The Atlantic ; 圖片截自:The Atlantic