美科学家利用光学旋涡研究太阳系外行星

http://www.sciencehuman.com   科学人  网站 2005-12-12

    本报讯 来自一颗太阳系外行星的光线能够提供那里是否蕴藏着生命的重要信息，但是要想从这些行星母星发出的耀眼光线中分离出前者暗淡的光线，就如同试着辨认100米外的汽车头灯灯光一样困难。如今，美国科学家偶然发现了一种滤光器，将它放进天文望远镜中，能够除去那些恒星发出的光线，而剩下的来自附近行星的光线却丝毫未受影响。

    为了辨别一颗恒星周围的昏暗天体，天文学家现在通常使用一个不透光的小圆盘或者光栅除去来自恒星的光线。但是很多光线在这些障碍物周围都会产生衍射现象，就像声波在墙壁周围会产生弯曲一样。这些偏离的光线会湮没来自伴生行星的光信号，使天文学家很难观测到这些天体。美国图森市亚利桑那大学的光物理学家Grover Swartzlander和同事一直希望能够找到一种更好的解决方案。他们知道，物理学家通常会使用一种名为光学旋涡的螺旋状滤光器来操纵分子。这种装置——它看起来就像是镶嵌进玻璃平面的一部螺旋梯，使得线偏振光束在穿过其中心时产生轻微的扭曲——能够导致光线产生偏离。但是按照一定角度射入“楼梯”的光线却将终止直线传播。如果这种装置与行星和它的母星能够形成合适的角度，那么它是否能够使恒星的光线产生偏离，而允许行星的光线继续进入呢？

    为了找到这一问题的答案，Swartzlander的研究小组利用计算机模拟了将光学旋涡放入一架天文望远镜的效果。研究人员在12月15日出版的《光学快报》杂志上报告说，与一个不透光的圆盘相比，光学旋涡过滤来自中央恒星光线的效果大约提高了100倍，在这一前提下，行星的图像并没有发生改变。研究人员在实验室中模拟了这一过程，他们发现，一个光学旋涡能够优先消除两个接近放置的激光束中的一个发出的光线。

    美国夏威夷Subaru天文台的光学专家Olivier Guyon表示，在众多消除恒星光线的方法中，光学旋涡“无疑是最棒的一个”。然而问题依然存在，那就是它是否能够满足“陆地行星发现者”的要求，“陆地行星发现者”是美国宇航局的一项观测其他类地行星的空间计划。比利时de Liège大学的天体物理学家Dimitri Mawet认为，“光学旋涡是非常有希望的，但是我们还需要进行更多的研究工作。”

    在下图中，利用光学旋涡，来自一颗模拟行星的光线很容易与来自其母星的光线进行区分。（图片提供:Greg Foo，Jay Lee/美国亚利桑那大学）

    [科学时报]

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