天文学家和地球大气层是天然的敌人。观星者想要清晰、锐利的宇宙目标图像，而风和云则会散射和阻挡星光，甚至可能破坏最细致的测量。如果可以不用呼吸空气带来的轻微不便，许多研究人员或许会更希望我们的星球完全没有大气层——至少在他们渴望使用世界一流望远镜进行观测的夜晚是这样。哈勃太空望远镜和其他巨型外太空天文台可以超越大气层的复杂性，但代价却非常高昂，找不到更好的词来形容，只能说是天文数字。
现在，一项新的预印本研究表明，地球大气层远非祸害，反而可能成为天文学的福音，它可以放大星光，从而减少对地面和太空巨型（且极其昂贵）望远镜的需求。由于建造新的最先进天文台的成本飙升至不可持续的水平，天文学家迫切需要这种既能省钱又能提高性能的方法。
进行新发现最显而易见的方法是更深入地观测太空或寻找更暗淡的天体——这需要制造更大的镜面来尽可能多地收集星光。但随着研究人员 clamor for better, bigger equipment（此处原文英文，保持英文原文）, 这种策略正迅速变得过于昂贵：在智利建造的近 25 米的麦哲伦巨型望远镜预计耗资约 10 亿美元，而目前正在为 2021 年发射做准备的 6.5 米詹姆斯·韦伯太空望远镜的标价略低于 100 亿美元。
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哥伦比亚大学天文学家大卫·基平是这篇论文的作者，该论文将在《太平洋天文学会出版物》上发表。他说，他的概念可能会促成一个“地球镜”，它只有一米宽，却可以收集相当于 150 米镜面的光线。“它的潜力是巨大的，”基平说。“你可以探测到系外行星上的山脉。你可以探测到宇宙中最微弱的光源。”基平认为，“地球镜”甚至可能揭示太阳系外生命甚至智慧的迹象。
这一切的关键将是大气折射，即光线从太空进入地球大气层时发生的弯曲——您可能最熟悉这种现象，它是我们星球绚丽日落的原因。在某些情况下，折射可以将大量光线聚焦在一个小区域，从而无需建造巨大的结构来捕捉所有光线。特别是，来自遥远光源的光线可以通过高层大气折射，在地球周围形成一个锥体，投射出的光线会在略微靠近月球的点汇聚，然后沿直线向外延伸。
基平估计，位于这条线上的观测者会看到一个遥远的光源直接位于地球后面，呈现为一个明亮的环，其放大倍数比没有地球折射时高出约 22,500 倍。“这种程度的放大永远无法通过人造望远镜实现，”巴黎天文台的物理学家让·施耐德说。施耐德说，利用当今的技术，在略微超出月球轨道的稳定点建造、发射和运行一个一米“地球镜”是很容易的。唯一的障碍是资金。
基平并不是第一个提出这个概念的人：所谓的“大气透镜”至少自 1979 年以来就已被讨论。“在某种程度上，这个想法一直与我们同在，”他说。“我的论文的重点实际上是强调这种令人兴奋的可能性，它可能值得进一步关注。”
哈佛大学天体物理学家马丁·埃尔维斯说：“虽然还有许多细节需要解决，但这正是创新思维的一个例子，它可能在预算允许的情况下带来科学突破，在这种情况下，冒险是有意义的。”他曾论证，为了保持 NASA 的黄金时代，我们需要更多望远镜，但价格要低得多。
基平说，“地球镜”可能不仅仅是一架望远镜。如果给定一个发射器而不是探测器，信号增强过程就会反转：光波传播到地球，通过高层大气折射，然后在另一侧重新聚焦。结果是一束窄光束，可以将信息发送到其他行星。基平说，由于我们太阳系中的其他行星也具有折射光线的大气层，“你可以拥有一个行星际通信网络——一个跨越太阳系的互联网。”
存在一些缺陷。首先，基平的计算非常初步；它们依赖于简化的 атмосферные модели（此处原文俄文，保持俄文原文） ，没有充分考虑现实世界中的变量，例如高海拔云层。因此，“地球镜”的性能可能远低于他的论文中提供的估计值。而且，由于大气折射只会增强精确对齐以至于从“地球镜”的角度看直接位于地球后面的物体的光线，因此单个设备只能对天空的一小部分成像。发射多个探测器可以缓解这个问题，但基平指出，这样做也可能会抵消使这个想法如此吸引人的成本节约。
一些困难是严重的。美国国家航空航天局喷气推进实验室的斯拉瓦·图里舍夫说，基平关于构建清晰图像的估计过于乐观。图里舍夫最关心的问题是来自地球、太阳、月球甚至遥远目标的附近区域的杂散光会干扰成像的方式。他说，防止这种“噪声”掩盖“地球镜”接收或传输的任何“信号”是“非常困难的，如果不是不可能的话”。另一个复杂之处在于折射本身的性质：光线通过地球大气层的折射程度是光线波长或颜色的函数，这很容易导致图像混乱。
基平同意，至少还有很多工作要做。“像这样的问题正是我希望未来研究能够追求的那种，”他说。但“地球镜”的潜力可能太好了，不容忽视：“在太空中拥有一架 100 米级——甚至更大的望远镜的想法真的非常诱人，”他说。