Новый проект превратит Солнечную систему в гигантскую оптическую линзу

Когда более 400 лет назад Галилей направил свой самодельный телескоп на Юпитер и его спутники, он коренным образом изменил взгляд человечества на свое место в космосе. С тех пор астрономы научились вглядываться все дальше и дальше в пределы Вселенной, сначала создав лучшие телескопы, а затем запустив их в космос. Эти усилия привели к открытию тысяч планет, вращающихся вокруг далеких звезд. Каждое дразнящее открытие пробуждает желание узнать больше об этих экзопланетах, но их невероятное расстояние затрудняет получение более четкого обзора.

Ученые из Лаборатории реактивного движения (JPL) НАСА предложили другой подход: вместо того, чтобы запускать телескоп в космос, почему бы не использовать свойства гравитации в качестве телескопа?

Концепция солнечно-гравитационной линзы

Как указал Эйнштейн, свет не невосприимчив к воздействию гравитации, но будет перенаправлен при прохождении мимо достаточно массивных объектов. Таким образом, свет, приходящий далеко за пределы Солнца, будет изгибаться, проходя мимо его периферии, в конечном итоге сходясь к фокусной области - точно так же, как если бы он прошел через линзу. Если бы светочувствительный инструмент можно было разместить в фокальной области, он мог бы делать снимки планет на расстоянии десятков или сотен световых лет с разрешением поверхности до масштаба нескольких километров.

Команда Aerospace Corporation сотрудничает с JPL, чтобы изучить возможность создания такой линзы солнечной гравитации. «Эта концепция, - сказал Том Хайнсхаймер из Управления развития гражданской системы Aerospace, - либо совершенно безумная, либо следующая большая вещь». «Сумасшедший» аспект проистекает из того факта, что Солнце не такое уж массивное, что касается звезд, и оказывает относительно небольшое влияние на проходящий мимо свет. В результате фокальная область (или фактически кольцо) начинается на расстоянии примерно 550 астрономических единиц (а.е.) от нас - примерно на расстоянии трех световых дней. Одна а.е. - это среднее расстояние от центра Земли до центра Солнца, примерно 93 миллиона миль или восемь световых минут.

Проблемы проекта солнечной гравитационной линзы

Препятствия на пути к такой миссии значительны, но не непреодолимы. Первое препятствие - просто доставить детектор в нужное место за разумное время. Путешествие 25–30 а.е. в год дало бы его примерно за 20 лет - даже в космической отрасли это считается долгим сроком, - а такая скорость никогда не была достигнута. «Навигация - нетривиальное дело, - сказал Хайнсхаймер.

Детектору необходимо знать свое точное местоположение относительно солнечной системы, которая постоянно находится в движении. Оказавшись в нужном месте, он будет продолжать путешествовать по линии прямой видимости в течение многих лет, собирая пачки данных, которые необходимо будет отправить обратно на Землю. Все это потребует энергии, которую необходимо генерировать вдали от любой звезды.

Решение этих проблем потребует новаторского мышления и смекалки в архитектуре систем. Aerospace анализирует различные варианты, и наиболее многообещающий на данный момент вариант включает не один большой космический корабль, а флот маленьких, определяющих кластер и набор кластеров в виде жемчужной нити. Космический корабль весом менее 10 кг, возможно, мог бы использовать солнечный парус для достижения необходимой скорости. Для максимальной эффективности парус можно было бы перепрофилировать во время активной фазы миссии - например, для реструктуризации антенн или расширения сенсорных пластин.

Путешествие космического корабля к экзопланетам

Для навигации можно использовать рентгеновские пульсары, которые, по сути, функционируют как маяки GPS в глубоком космосе. Функции миссии могут быть распределены между космическими кораблями, поэтому некоторые подразделения могут быть выделены для навигации, чтобы нести всю стаю к месту назначения. Кластеры космических аппаратов можно будет запускать по регулярному графику; это снизит затраты и поощрит участие всего космического сообщества. Это также позволит ученым одновременно нацеливаться на несколько планетных систем в пределах одной и той же экзо-солнечной системы. Что касается надежности системы на протяжении нескольких десятилетий, «это вполне разумно», - сказал Хайнсхаймер, отметив, что «как только вы выберетесь из нее, ничего плохого не произойдет».

Более того, технологии, задействованные в распределенном рое - долговечность, маневренность, автономность и самообучение - могут произвести революцию в космической отрасли в целом и значительно продвинуть цели национальной безопасности в космосе.

Грант НАСА на миссию с солнечной гравитационной линзой

Компании Aerospace и JPL получили третий грант NASA Innovative Advanced Concepts, который был выдан только третьим из когда-либо, на исследование осуществимости миссии с солнечной гравитационной линзой. JPL сосредоточится на науке - например, выборе планет-кандидатов и обработке данных - в то время как Aerospace займется технологиями - архитектурой, операционной концепцией, приборами, затратами, графиком и рисками.

До результатов таких усилий еще много десятилетий. Тем не менее, в случае успеха линза солнечной гравитации могла бы обнаружить геологические особенности, сезонные закономерности и, возможно, даже признаки цивилизации в далеком мире. Если это так, человечество может снова найти свое место в космосе фундаментально измененным.