Солнечное гравитационное линзирование может помочь нам в поисках жизни на других планетах.
Гравитационное линзирование происходит, когда объекты с массой создают рябь и вмятины в ткани пространства-времени, и свет должен следовать вдоль этих линий, что иногда создает эффект увеличительного стекла. Это и звучит, и выглядит как что-то дикое из научной фантастики, но на самом деле это очень важный инструмент в астрономии. Космический телескоп Джеймса Уэбба в последнее время часто появлялся в новостях именно по этой причине: он наблюдал, как свет изгибается вокруг массивных скоплений галактик в космосе, открывая более слабые, более далекие старые галактики позади них.
Теперь Слава Турышев, ученый из Лаборатории реактивного движения NASA, пытается использовать одну из этих гравитационных линз ближе к дому, используя наше Солнце. В новой статье, размещенной на сервере препринтов arXiv , Турышев вычисляет всю подробную математику и физику, необходимые для того, чтобы показать, что на самом деле возможно использовать гравитацию нашего Солнца таким образом, с некоторыми довольно изящными применениями. Так называемая «солнечная гравитационная линза» (SGL) могла бы помочь нам направлять световые сообщения к звездам для межзвездной связи или исследовать поверхности далеких экзопланет.
«Используя эффект гравитационного линзирования нашей звезды, астрономия испытала бы революционный скачок в возможностях наблюдения», — говорит Ник Тьюсей , астроном из Университета штата Пенсильвания, не участвующий в новой работе. «Свет работает в обоих направлениях, поэтому он также мог бы повысить наши возможности передачи, если бы у нас был кто-то, с кем можно было бы общаться».
Когда дело доходит до телескопов здесь, на Земле, чем больше, тем определенно лучше. Чтобы собрать достаточно света, чтобы обнаружить действительно слабые далекие объекты, вам нужно огромное зеркало или линза, чтобы сфокусировать свет, но мы можем построить их только определенного размера. Вот тут-то и появляется SGL, как альтернатива строительству более крупных телескопов, вместо этого полагаясь на искривление пространства-времени под действием гравитации Солнца, чтобы сделать фокусировку за нас.
«Использование SGL устраняет необходимость в строительстве более крупных телескопов и вместо этого поднимает проблему того, как вывести телескоп на фокусное расстояние Солнца (и как удерживать его там)», — объясняет Мэйси Хьюстон. , астроном из Беркли, не участвующий в новом исследовании. «И ведется много работы, чтобы попытаться решить эту проблему», — добавляют они.
Турышев активно работает над проектом миссии по отправке метрового телескопа (меньше половины размера знаменитого Хаббла ) в фокус гравитационного колодца Солнца. Это довольно нелегкое путешествие — эта фокальная точка находится примерно в 650 а. е. от нашей звезды, почти в пять раз дальше, чем нынешний рекордсмен человечества по дальности — Voyager 1. Чтобы преодолеть такое огромное расстояние менее чем за всю жизнь, команда полагается на передовую технологию солнечного паруса, чтобы двигаться быстрее, чем когда-либо прежде.
В настоящее время космический телескоп Джеймса Уэбба исследует атмосферы планет вокруг других звезд, а будущая обсерватория Habitable Worlds в 2040-х годах, как мы надеемся, сможет увидеть достаточно деталей в атмосферах экзопланет, чтобы найти намеки на жизнь. Миссия Турышева станет следующим большим шагом на пути к подтверждению жизни на других мирах, запуск которой, как мы надеемся, состоится около 2035 года. Как только JWST и HWO определят потенциально интересные миры, телескоп SGL затем фактически составит подробную карту поверхности экзопланеты. Турышев утверждает, что он сможет увидеть планету, взорванную до 700 на 700 пикселей — огромное улучшение по сравнению с текущими 2 или 3 пикселями прямой съемки. «Если на этой экзопланете есть болото, испускающее метан, мы будем знать, что это то, что расположено на этом континенте на этом острове, например», — объясняет он.
Заглядывая дальше в научно-фантастическое будущее, эта же технология SGL могла бы использоваться не только «как телескоп, который мы могли бы использовать из Солнечной системы, чтобы в мельчайших подробностях рассмотреть другие планетные системы», но и как «межзвездная коммуникационная сеть (для намеренных коммуникаций)», говорит Хьюстон. Лазер, расположенный в гравитационном фокусе Солнца, мог бы отправлять сообщения другим звездам, не теряя столько сигнала, как наша нынешняя технология маяков, привязанная к Земле.
«Если мы когда-нибудь станем межзвездной цивилизацией, это [SGL] может быть потенциально самым эффективным средством связи между звездными системами», — говорит Тусей. Наши радиопередачи , просачивающиеся из атмосферы Земли с начала 1900-х годов, быстро становятся слабее по мере удаления от нашей планеты. Математические расчеты Турышева показывают, что сигналы, посылаемые из SGL, можно легко заметить на расстоянии от соседних звезд, даже при учете шумового фона реального мира. Передача через SGL «не запрещена, она действительно поощряется физикой», — говорит Турышев.
Однако эта технология не решит все наши межзвездные препятствия. Мы могли бы отправлять сообщения, но у нас все еще нет способа отправлять себя среди звезд для путешествий. Также будет огромная задержка в наших галактических звонках — больше похоже на отправку письма через всю страну верхом на лошади, чем на общение по FaceTiming с друзьями. «Свет все еще имеет максимальную скорость », — напоминает Тусай. В результате отправка сообщения к звезде, находящейся в четырех световых годах от нас, займет четыре года, чтобы добраться туда, и еще четыре года, чтобы ответ достиг нас. Тем не менее, солнечная гравитационная линза — это большой шаг к тому, чтобы сделать наше научно-фантастическое будущее реальностью.