引力透鏡（gravitational lensing）效應，是根據廣義相對論，當背景光源發出的光在引力場（比如星系、星系團及黑洞）附近經過時，光線會像通過透鏡一樣發生彎曲。光線彎曲的程度主要取決於引力場的強弱。分析背景光源的扭曲，可以幫助研究中間作為「透鏡」的引力場的性質。根據尺度與效果的不同，引力透鏡效應可以分為強引力透鏡效應和弱引力透鏡效應。
一般從數學上來講，面質量密度（κ）大於1的為強引力透鏡區域，小於1的為弱引力透鏡區域。在強透鏡區域一般可以形成多個背景源的像，甚至圓弧，又稱「愛因斯坦環」（Einstein Ring），而弱透鏡區域則只產生比較小的扭曲。強透鏡方法通過對愛因斯坦環的曲率和多個像的位置的分析，可以估計測量透鏡天體質量。弱透鏡方法通過對大量背景源像的統計分析，可以估算大尺度範圍天體質量分布。
數十年後，天文學家看到了愛因斯坦環這一現象，已經能夠發現來自遙遠恆星或繞著更近星系彎曲的星系的光，從而擴大了遙遠物體的視線。
太陽引力透鏡（Solar gravitational lens），是愛因斯坦在1936年預測，來自太陽邊緣邊緣的同一方向的光線會聚到遠離太陽某一處的焦點。因此，位於距太陽此距離（或更大）處的探測器可以將太陽用作引力透鏡，以放大太陽另一側的遠處物體。探測器的位置可以根據需要移動，以選擇相對於太陽的不同目標。
美國宇航局計劃第一階段研究以對太陽系以外區域的飛行任務為基礎，目的是通過利用太陽引力透鏡的光學特性對可居住的系外行星進行直接高解析度成像和光譜分析。第二階段研究繼續加深對基於太陽引力透鏡的成像和光譜學的理解，改進計算方法，評估特定的硬體實現。第三階段具體實施，最終為直接高解析度傳感提供路線圖，從而望遠鏡將可以把外星世界的圖像拼湊在一起。
在過去的二十年中，已經發現了超過4,000顆的太陽系外行星。到目前為止，由於它們與地球的距離很大，因此我們對此類行星的認知幾乎完全僅限於少量的數據。但是，如果有辦法像繞著我們的太陽運行的行星一樣地可清晰地看到這些世界，如果能看到其海洋和大洋表面，甚至有智慧生活的跡象，情況如何呢？
這就是太陽引力透鏡項目所承諾的誘人之處，該項目提議將望遠鏡送離太陽較遠，並利用我們恆星的巨大引力來放大遙遠的行星系統的視野。儘管這聽起來像是科幻小說，但該項目提議是在很大的可能性範圍之內。
該項目負責人、美國宇航局加利福尼亞噴射推進實驗室的美籍俄羅斯物理學家、斯拉瓦·圖裡舍夫（Slava Turyshev）說。「太陽能引力透鏡是大自然的獨特禮物，它使我們能夠對微弱的來源進行高解析度的直接成像，」 「沒有其他技術可以使我們做到這一點。」圖裡舍夫以對先驅者太空飛行器異常和對先驅者10和先驅者11太空飛行器的調查而著稱。
事實證明，就像鏡子一樣，我們的太陽具有引力「焦距」。如果將其與距離不超過100光年的行星對準，如果您在另一個方向上距太陽超過548 AU，則可以觀察到該行星的放大圖像（1 AU是天文單位，即距離從地球到太陽）。
圖裡舍夫說，使用一個一米長的望遠鏡飛行到這樣的位置，您可以以令人印象深刻的解析度看到距離地球100光年遠的一顆行星，並探測到表面小至10公裡的特徵。
他說：「如果您要用一臺經典望遠鏡為距我們100光年的地球成像，那麼望遠鏡的直徑必須只有一個像素約90公裡。」 「使用太陽引力望遠鏡（Solar Gravity Telescope），您可以在一年內以200到300像素的解析度製作圖像。」
最初的任務計劃是在2030年左右發射，在25年內到達太陽的焦點。該望遠鏡將安裝在重量不到100公斤的小型太空飛行器上，並裝有大型太陽帆，使其能夠到達每年25 AU的速度遠離太陽。
研究小組說，使用這種方法，將在短短7年內到達星際空間。一旦它從太陽升至548 AU，比距地球最遙遠的NASA旅行者1號太空飛行器高400 AU，就可以開始執行任務的科學。
在這個距離上，望遠鏡可以開始看到它被發射來觀察的遠距離目標。通過將行星系統與太陽和太空飛行器的軌跡對齊，並產生引力放大透鏡，它將在向外傳播的許多年中繼續獲得行星系統的視線，最高可達約2500 AU（或0.04光年） ）。
這是因為太陽的焦點本身實際上並不是一個點，而是一條直線。沿著這條線行進，望遠鏡可以觀察到單個行星系統中的每個行星，其中一個小的日冕被稱為日冕儀，用於遮擋我們的太陽光。
由於任務的性質，需要與目標對齊，因此只能觀察到單個行星系統。但是，僅此一項就遠遠超超出了我們以前見過的任何系外行星。並且提供目標系統是可能適合居住的系統，它甚至可以尋找生命跡象。
圖裡舍夫指出，今後五到十年，即將出現的WFIRST和JWST等望遠鏡可以找到合適的目標，即像太陽這樣的恆星周圍的地球等行星。任務可能會選擇一個已知有很多潛在宜居世界的系統，例如TRAPPIST-1系統，其中包含七個星石和潛在宜居行星。
望遠鏡所拍攝的圖像將如此詳盡，以至於該團隊將能夠分辨出這些遙遠行星上的各個大陸和海洋。望遠鏡需要數年的時間才能拼湊出第一張圖像，但是之後圖像將不斷出現，從而可以觀察到每個行星的季節性變化——誘人的前景是也將看到可居住性的跡象。
就像可以從太空看到地球上的植被跡象一樣，應該有可能看到行星表面植被的證據。而且，如果存在，來自城市的人造光（如果存在的話）也將在地球的夜晚可見，就像地球上一樣。
該研究團隊在論文中寫道：「我們的使命理念為我們提供了一個激動人心的機會，可以在我們的一生中看到並研究系外行星的生活。」 「 太陽引力望遠鏡項目提供了一種獨特的手段來確定系外行星的大氣化學成分並確定生活的宜居性。」如果要在2030年代發射望遠鏡，則直到2060年代才能將這些圖像返回地球。
目前，我們所知道的絕大多數系外行星都是使用過境方法發現的，即當行星從前方經過時，尋找恆星光中的小傾角。少數幾個行星已經用望遠鏡直接成像，但是這些圖像僅揭示了繞軌道運行的恆星的微小點。
發射太陽引力望遠鏡望遠鏡將提供有關外星世界的前所未有的視野。儘管存在一些限制，例如任務時間長和僅對單個行星系統成像的限制，但毫無疑問，這樣的任務可能會對我們對宇宙的理解產生變革。如果任務確實實現了，它將使我們對另一行星系統有最詳盡的了解。它甚至可能使我們對一個真正宜居的外星世界將有初步的認知。
參考：Slava Turyshev. Direct Multipixel Imaging and Spectroscopy of an Exoplanet with a Solar Gravity Lens Mission. https://nasa.gov/directorates/spacetech/niac/2018_Phase_I_Phase_II/Direct_Multipixel_Imaging_and_Spectroscopy