天文學家和地球大氣層是天然的敵人。觀星者想要清晰、銳利的宇宙目標影像，而風和雲則會散射和阻擋星光，甚至可能破壞最細緻的測量。如果可以不用呼吸空氣帶來的輕微不便，許多研究人員或許會更希望我們的星球完全沒有大氣層——至少在他們渴望使用世界一流望遠鏡進行觀測的夜晚是這樣。哈勃太空望遠鏡和其他巨型外太空天文臺可以超越大氣層的複雜性，但代價卻非常高昂，找不到更好的詞來形容，只能說是天文數字。
現在，一項新的預印本研究表明，地球大氣層遠非禍害，反而可能成為天文學的福音，它可以放大星光，從而減少對地面和太空巨型（且極其昂貴）望遠鏡的需求。由於建造新的最先進天文臺的成本飆升至不可持續的水平，天文學家迫切需要這種既能省錢又能提高效能的方法。
進行新發現最顯而易見的方法是更深入地觀測太空或尋找更暗淡的天體——這需要製造更大的鏡面來儘可能多地收集星光。但隨著研究人員 clamor for better, bigger equipment（此處原文英文，保持英文原文）, 這種策略正迅速變得過於昂貴：在智利建造的近 25 米的麥哲倫巨型望遠鏡預計耗資約 10 億美元，而目前正在為 2021 年發射做準備的 6.5 米詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的標價略低於 100 億美元。
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哥倫比亞大學天文學家大衛·基平是這篇論文的作者，該論文將在《太平洋天文學會出版物》上發表。他說，他的概念可能會促成一個“地球鏡”，它只有一米寬，卻可以收集相當於 150 米鏡面的光線。“它的潛力是巨大的，”基平說。“你可以探測到系外行星上的山脈。你可以探測到宇宙中最微弱的光源。”基平認為，“地球鏡”甚至可能揭示太陽系外生命甚至智慧的跡象。
這一切的關鍵將是大氣折射，即光線從太空進入地球大氣層時發生的彎曲——您可能最熟悉這種現象，它是我們星球絢麗日落的原因。在某些情況下，折射可以將大量光線聚焦在一個小區域，從而無需建造巨大的結構來捕捉所有光線。特別是，來自遙遠光源的光線可以透過高層大氣折射，在地球周圍形成一個錐體，投射出的光線會在略微靠近月球的點匯聚，然後沿直線向外延伸。
基平估計，位於這條線上的觀測者會看到一個遙遠的光源直接位於地球后面，呈現為一個明亮的環，其放大倍數比沒有地球折射時高出約 22,500 倍。“這種程度的放大永遠無法透過人造望遠鏡實現，”巴黎天文臺的物理學家讓·施耐德說。施耐德說，利用當今的技術，在略微超出月球軌道的穩定點建造、發射和執行一個一米“地球鏡”是很容易的。唯一的障礙是資金。
基平並不是第一個提出這個概念的人：所謂的“大氣透鏡”至少自 1979 年以來就已被討論。“在某種程度上，這個想法一直與我們同在，”他說。“我的論文的重點實際上是強調這種令人興奮的可能性，它可能值得進一步關注。”
哈佛大學天體物理學家馬丁·埃爾維斯說：“雖然還有許多細節需要解決，但這正是創新思維的一個例子，它可能在預算允許的情況下帶來科學突破，在這種情況下，冒險是有意義的。”他曾論證，為了保持 NASA 的黃金時代，我們需要更多望遠鏡，但價格要低得多。
基平說，“地球鏡”可能不僅僅是一架望遠鏡。如果給定一個發射器而不是探測器，訊號增強過程就會反轉：光波傳播到地球，透過高層大氣折射，然後在另一側重新聚焦。結果是一束窄光束，可以將資訊傳送到其他行星。基平說，由於我們太陽系中的其他行星也具有折射光線的大氣層，“你可以擁有一個行星際通訊網路——一個跨越太陽系的網際網路。”
存在一些缺陷。首先，基平的計算非常初步；它們依賴於簡化的 атмосферные модели（此處原文俄文，保持俄文原文） ，沒有充分考慮現實世界中的變數，例如高海拔雲層。因此，“地球鏡”的效能可能遠低於他的論文中提供的估計值。而且，由於大氣折射只會增強精確對齊以至於從“地球鏡”的角度看直接位於地球后面的物體的光線，因此單個裝置只能對天空的一小部分成像。發射多個探測器可以緩解這個問題，但基平指出，這樣做也可能會抵消使這個想法如此吸引人的成本節約。
一些困難是嚴重的。美國國家航空航天局噴氣推進實驗室的斯拉瓦·圖裡舍夫說，基平關於構建清晰影像的估計過於樂觀。圖裡舍夫最關心的問題是來自地球、太陽、月球甚至遙遠目標的附近區域的雜散光會干擾成像的方式。他說，防止這種“噪聲”掩蓋“地球鏡”接收或傳輸的任何“訊號”是“非常困難的，如果不是不可能的話”。另一個複雜之處在於折射本身的性質：光線透過地球大氣層的折射程度是光線波長或顏色的函式，這很容易導致影像混亂。
基平同意，至少還有很多工作要做。“像這樣的問題正是我希望未來研究能夠追求的那種，”他說。但“地球鏡”的潛力可能太好了，不容忽視：“在太空中擁有一架 100 米級——甚至更大的望遠鏡的想法真的非常誘人，”他說。