空间透镜模拟器

空间透镜模拟器是一款互动科学原型，探索了一个非传统的问题：在太空中构建巨大的流体光学系统是否可以帮助我们研究遥远的恒星，并潜在地在附近的系外行星上寻找生命的迹象？

该项目始于一个简单的想法——一个巨大的透明球体悬挂在微重力环境中——并逐渐发展成为一个基于物理学的光学实验室。模拟器通过折射、显示真实的三维焦点和光学区域、测量畸变、计算探测器位置以及估算透镜直径、波长、材料性质和天文距离对实际观测的影响来模拟光通过球面透镜的过程。

当前的研究模型使用PDMS-类硅橡胶光学流体作为候选材料，并将近比星作为实用测试目标。由于近比星距离我们超过4光年，其入射光行为几乎可以认为是平行的，通过一个望远镜尺寸的光学系统。3D模拟器允许用户观察光线进入透镜、在每个表面折射、向最佳焦点区域汇聚并在其外侧扩散。

该项目还探讨了这些想法被扩大时出现的工程问题。一个完全充满的50米球形透镜将包含数十万吨的光学流体，因此模拟器不仅调查了聚焦性能，还调查了材料路径长度、传输损失、光孔大小、几何畸变、衍射极限和最终替代方案如薄或空心光学结构。

该项目的一个最重要的原则是，不假设有利的答案。未知量，如长距离通过数百米的光学流体传输，被视为未解决的实验要求，而不是假设的值。模拟器可以帮助识别未来实验室实验需要测量的实际值，以便才能考虑一个想法是可行的。

当前的调查包括：

空间透镜模拟器不是声称目前可以建造一个巨大的球形望远镜的断言。 它是一个实验设计环境，用于询问这样一个系统需要什么，物理学如何帮助我们，物理学如何阻碍我们，并且是否可以从调查中产生一个更实际的太空建造的光学结构。

数据参考

NASA FLUTE — 流体望远镜

NASA FLUTE技术报告

流体形状和液体透镜在微重力中的研究 — 2023

主要研究论文，描述了在微重力飞行中创造并光学测量超过20个液体透镜的过程。(自然)
https://www.nature.com/articles/s41526-023-00309-9

太空制造光学透镜 — 2026

ISS研究，演示了UV光固化聚合物光学和基本光学功能的172毫米水透镜。(自然)
https://www.nature.com/articles/s41526-026-00629-6

液态PDMS光学性质

主要测量论文，涵盖了液态PDMS光学性质从191到1688 nm，包括波长依赖的折射行为。这是我们PDMS光学模型的一个关键来源。(AIP出版)
https://pubs.aip.org/avs/sss/article/25/2/026001/366720/Polydimethylsiloxane-Optical-properties-from-191

代表性1000cStPDMS/二甲基硅油流体性质

制造商数据显示KF-96-1000cs具有1000cSt粘度、比重0.970和折射率1.403在25°C。这些是模拟器使用的代表性工程值，而不是证明该制剂在太空中是合格的。(新设硅橡胶)
https://www.shinetsusilicone-global.com/products/type/oil/detail/search/straight.shtml

近比星距离 — NASA

NASA列出了近比星约4.25光年，支持模拟器对其入射光前景的处理几乎平行的太空望远镜尺寸。(想象宇宙)
https://imagine.gsfc.nasa.gov/features/cosmic/nearest_star_info.html

近比星b — NASA系外行星目录

当前NASA目录数据显示近比b，包括其大约质量、轨道周期和轨道半径。这将在我们添加行星作为偏轴源时有用。(NASA科学)
https://science.nasa.gov/exoplanet-catalog/proxima-centauri-b/

NASA系外行星直接成像技术

解释了地球类系外行星成像受到极高的恒星/行星比值和恒星光线抑制的影响。NASA指出，根据波长，地球类行星可以是数百万到数十亿倍比恒星的光亮。(NASA科学)
https://science.nasa.gov/astrophysics/programs/exep/technology/

可居住世界观测台

NASA当前未来的观测台方向，直接成像和光谱研究地球类系外行星，目标是10⁻¹⁰高对比度性能。(NASA科学)
https://science.nasa.gov/astrophysics/programs/cosmic-origins/community/hwo-sig/

模拟器派生量

在空间透镜模拟器中，有些值不是从来源复制的；它们是使用上述输入数据的标准光学计算出的。这些包括：

这些应该被标记为模拟器计算的，而不是呈现为外部测量的数据。

特别重要的一个警告是：

警告

当前的PDMS候选物质是临时的。没有现有的来源证明PDMS在此应用中可以通过数十米的光学流体传输。长距离传输的光学流体仍然是一个未解决的实验要求。

这一区别使项目保持了科学可靠性，而不是使模拟器看起来比可用的数据更确定。

研究实验：人造重力透镜实验