美国国家航空航天局（NASA）的广域红外勘测望远镜（WFIRST）将在太阳系外搜寻银河系银河系中心（大多数恒星所在）的行星。研究系外行星世界的性质将有助于我们了解整个银河系中的行星系统是什么样的，以及行星如何形成和演化。
将广域红外勘测望远镜的发现与NASA开普勒和过境系外行星测量卫星（TESS）任务的结果相结合，将完成对广泛的行星质量和轨道敏感的首次行星普查，使我们离发现我们附近的可居住类地球世界更近了一步拥有。
（上图显示了引力微透镜的概念。当天空中的一颗恒星几乎经过另一颗恒星时，它可以将背景源恒星的光线遮挡住。如果较近的恒星拥有行星系统，那么行星也可以充当透镜，每个透镜都会使源的亮度产生短暂的偏差。）
迄今为止，天文学家发现了大多数行星，这些行星是在称为“过境”的事件中经过其恒星前方时，暂时使该恒星的光线变暗。广域红外勘测望远镜数据也可以发现过境，但是任务将主要注意相反的效果-由称为微透镜的光弯曲现象产生的少量辐射。这些事件比过境要少得多，因为它们依赖于两颗彼此分离且无关的恒星在空间中漂移的机会对准。
来自小行星的微透镜信号很少见且短暂，但它们比其他方法产生的信号要强。由于这是百万分之一的事件，因此广域红外勘测望远镜寻找低质量行星的关键是搜索亿万颗恒星。此外，微透镜更适合在可居住区域内和之外找到行星，可居住区域是行星表面可能有液态水的轨道距离。
空间引力透镜效应
广域红外勘测望远镜可使用微透镜来放大时空扭曲的现象
当光线通过大块物体附近时，会发生这种效果。任何有质量的东西都会扭曲时空的结构，就像保龄球放在蹦床上时所产生的凹痕一样。光线沿直线传播，但是如果时空发生弯曲（发生在像恒星这样的大质量物体附近），光线就会沿着曲线移动。
每当两颗恒星从我们的有利位置紧密对准时，来自较远恒星的光就会在穿过近恒星扭曲的时空时弯曲。这种现象是爱因斯坦广义相对论的预言之一，在1919年的日全食期间被英国著名物理学家亚瑟·爱丁顿爵士证实了。如果对准特别紧密，则较近的恒星就像天然的宇宙透镜一样，聚焦并聚焦增强背景星的光线。
绕着前景恒星运行的行星也可能会修改透镜光，充当它们自己的微小透镜。他们产生的畸变使天文学家能够测量行星的质量和距其恒星的距离。这就是广域红外勘测望远镜将如何使用微透镜发现新世界的方式。
探索太阳系外陌生的世界
位于巴吞鲁日的路易斯安那州立大学物理与天文学助理教授说：“如今，试图解释地球上的人口就像试图解释一张覆盖了一半的图片一样，”他领导一项研究来预测广域红外勘测望远镜的微透镜调查能力。要完全了解行星系统是如何形成的，我们需要找到所有距离的所有质量的行星。没有一种技术可以做到这一点，但是广域红外勘测望远镜的微透镜调查与开普勒和过境系外行星测量卫星的结果相结合，将揭示出更多的图像。
迄今为止，已经发现了4000多颗已确认的系外行星，但是通过微透镜只能发现86颗。通常用于寻找其他世界的技术偏向于倾向于与我们太阳系中的行星截然不同的行星。例如，过境方法最适用于寻找轨道比水星小得多的亚海王星行星。对于像我们这样的太阳系，过境研究可能会错过每个星球。
广域红外勘测望远镜的微透镜调查将帮助我们找到太阳系中除水星以外的每个行星的类似物，水星的小轨道和低质量相结合使它超出了任务的范围。广域红外勘测望远镜会发现地球质量甚至更小的行星，甚至可能是大型卫星，例如木星的卫星：伽倪墨得斯卫星。
广域红外勘测望远镜还将在其他研究不足的类别中找到其他行星。微透镜最适合于从恒星的宜居区域或更远的地方寻找其他宜居或类宜居世界。其中包括我们太阳系中的冰巨人，如天王星和海王星，甚至还有流氓行星，即世界自由漫游的星系，没有任何恒星。
海王星
尽管冰巨人在我们的太阳系中是少数，但一项2016年的研究表明，冰巨人可能是整个银河系中最常见的行星。广域红外勘测望远镜将对该理论进行检验，并帮助我们更好地了解哪些行星特征最为普遍。
银河系核心中的“隐藏宝石”
广域红外勘测望远镜将探索由于先前任务的目标不同而尚未被系统地搜寻系外行星的银河区域。例如，开普勒（Kepler）在大约一千光年的典型距离内搜索了一个100平方度的适度大小的区域，其中有100,000个恒星。过境系外行星测量卫星扫描整个天空并跟踪20万颗恒星，但是它们的典型距离约为100光年。广域红外勘测望远镜的搜寻范围大约为3平方度，但将追踪2亿颗恒星，距离约为10,000光年。
由于广域红外勘测望远镜是一台红外线望远镜，它将直射尘埃云，从而阻挡其他望远镜研究我们银河拥挤的中央区域中的行星。迄今为止，大多数基于地面的微透镜观测都是在可见光下进行的，这使得银河系的中心在很大程度上未知系外行星的领土。自2015年以来，使用夏威夷的英国红外望远镜进行的微透镜调查通过绘制区域图为广域红外勘测望远镜系外行星普查铺平了道路。
英国红外望远镜的调查提供了对朝向恒星最密集的星系核心的微透镜事件发生率的首次测量。结果将帮助天文学家为广域红外勘测望远镜的微透镜选择最终的观测策略。
英国红外望远镜团队的最新目标是使用机器学习检测微透镜事件，这对于广域红外勘测望远镜至关重要。该任务将产生大量数据，以至于单凭肉眼无法对其进行梳理。简化搜索将需要自动化的过程。
英国红外望远镜的其他结果指出了一种观测策略，该策略将揭示可能发生的最大微透镜事件，同时避免会阻塞甚至红外线的最厚尘埃云。
田纳西州纳什维尔范德比尔特大学的天文学家萨凡纳·杰克林说：“我们目前对英国红外望远镜的调查奠定了基础，以便广域红外勘测望远镜可以实施第一个基于太空的专用微透镜调查。” 以前的系外行星飞行任务扩大了我们对行星系统的了解，广域红外勘测望远镜将使我们迈出一大步，进一步真正地了解行星，尤其是在其宿主恒星可居住区域内的行星是如何形成和演化的。
从棕矮星（褐矮星）到黑洞
可以揭示成千上万个行星的同一微透镜调查还将发现数百个其他奇异有趣的宇宙天体。科学家将能够研究质量范围从火星到太阳的100倍的自由漂浮物体。
质量范围的低端包括从其主恒星弹出的行星，现在像流氓行星一样在银河系中漫游。其次是棕矮星，它们太大而无法被描述为行星，但还不足以点燃成恒星。褐矮星看上去不像星星那样闪闪发光，但是广域红外勘测望远镜将能够通过它们形成时产生的热量在红外光中对其进行研究。
褐矮星
高端的物体包括恒星的“生命”结束后所形成的其他天体：中子星和黑洞（当大质量的恒星耗尽燃料时会留下来）。对它们进行研究并测量其质量将有助于科学家更多地了解恒星的死亡过程和其结果，同时进行恒星质量黑洞的普查。
广域红外勘测望远镜的微透镜调查不仅会增进我们对行星系统的了解，还将使其他许多研究工作涉及2亿颗恒星的变异性，银河系的内部结构和形成以及人口黑洞和其他深色或紧凑的物体，这些物体很难或不可能以其他任何方式研究。
閱讀更多 宇宙科學室 的文章
