Обнаружение Инопланетного Города, Используя Колоссальную Гравитацию Солнца

Астрономы обычно рассматривают Солнце как препятствие для объектов, которые они хотят изучать. Но это может быть просто ключом, который позволяет им наблюдать похожие на Землю экзопланеты, расположенные за много световых лет от нас.

Опубликовано: 19 июля 2021 года в 12:00

Космический корабль вылетает из Солнечной системы быстрее, чем любая ракета, зонд или прибор, которые мы запускали в космос раньше. Это смелая миссия — раз и навсегда ответить на некоторые из самых фундаментальных вопросов о Вселенной. «Мы все спрашивали их с тех пор, как нам было шесть лет», — говорит Слава Турышев из Лаборатории реактивного движения НАСА. «Есть ли другие планеты? Мы можем их увидеть? Есть ли там жизнь?»

За последнюю четверть века астрономы произвели революцию в нашем понимании нашего места во Вселенной. В 1995 году они обнаружили свою первую инопланетную планету, вращающуюся вокруг звезды, подобной Солнцу. Это разожгло их аппетиты до такой степени, что с тех пор мы охотимся за ними. По последним подсчетам, в наших базах данных насчитывается более 4000 таких экзопланет. Некоторые из них даже, по–видимому, имеют сходные черты с Землей — близки как по размеру, так и по температуре. Это ускоряет пульс и часто попадает в заголовки газет, потому что, если жизнь может процветать на нашей планете, она может делать то же самое на экзопланетном родственнике.

Но для Турышева есть неприятный подвох. «Мы делаем вывод об этих планетах – мы их не видим», — говорит он. Потенциально похожие на Землю экзопланеты часто находятся на расстоянии сотен световых лет. Это слишком далеко, чтобы мы могли увидеть их напрямую. Вместо этого мы должны дразнить их присутствие, обычно видя, как свет от их звезды слегка тускнеет, когда планета проходит впереди, или видя, как звезда колеблется из-за гравитационного притяжения планеты.

Даже сканирование звездного света, проходящего через атмосферу планеты, на наличие признаков кислорода и воды может привести к ложным срабатываниям. Это очень затрудняет астрономам получение окончательных доказательств того, что эти планеты действительно являются сценой для великого театра жизни. Кто сказал, что они не просто безжизненные миражи в космической пустыне? Неудивительно, что мы жаждем взглянуть поближе.

Узнайте больше об экзопланетах:

Задача создания изображения экзопланеты, подобной Земле, — даже в виде одного пикселя на фотографии – огромна. «Если я хочу увидеть другую Землю с расстояния 100 световых лет, мне нужен телескоп диаметром 90 км», — говорит Турышев. Его зеркало охватило бы площадь, большую, чем Лондон, Париж, Нью-Йорк и Токио вместе взятые. Самые большие телескопы на Земле прямо сейчас имеют зеркала диаметром около 10 метров.

Даже новый Чрезвычайно Большой телескоп, строящийся в настоящее время в Чили, будет иметь «только» 39-метровое зеркало, когда он будет закончен в 2025 году. «Мы не можем видеть планеты за заголовками с помощью существующих телескопов или даже тех, которые запланированы на ближайшее будущее», — говорит Турышев. Если мы хотим получить более подробное изображение – такое, которое могло бы рассказать нам что–то полезное о планете, — диаметр нужно будет увеличить еще больше.

Однако еще не все потеряно. Турышев – это мозги, стоящие за дерзкой идеей использовать астрономическую лазейку — то, что он описывает как «дар природы». Он работает над совершенно новым способом изображения экзопланеты, похожей на Землю, используя самую большую вещь на световые годы вокруг: Солнце.

Массивные объекты, такие как Солнце, искажают структуру пространства вокруг них. Земля, например, попала в гравитационный колодец, создаваемый Солнцем, вот почему мы застряли на орбите вокруг него. Любой свет, приближающийся к Солнечной системе из других мест, вынужден следовать этой локальной кривизне пространства. Свет в конечном итоге изгибается вокруг Солнца в результате эффекта, называемого гравитационным линзированием.

Подобно гигантскому увеличительному стеклу, Солнце усиливает свет от далеких экзопланет до 100 миллиардов раз. Чтобы увидеть изображение экзопланеты, нам просто нужно доставить космический корабль в область, где Солнце фокусирует свой свет.

Это собственный огромный телескоп Вселенной, о создании которого астрономы могли только мечтать. Солнце выполняет так много тяжелой работы, что космическому кораблю, который мы посылаем, чтобы поймать свет, потребуется всего лишь однометровое зеркало — меньше половины диаметра зеркала в космическом телескопе Хаббла.

Потенциал для такого рода техники огромен. Расчеты Турышева показывают, что вместо того, чтобы рассматривать всю планету как один пиксель, используя Солнце, мы могли бы достичь разрешения 20 км на пиксель. «Мы смогли бы увидеть континенты, океаны и погодные условия», — говорит он. Леса и пустыни тоже появятся.

Такой большой город, как Лондон, занял бы больше одного пикселя. Таким образом, мы могли бы заметить, что регионы меняют яркость с наступлением ночи, и начинают сиять огни чужого города. «С солнечной гравитационной линзой все это становится возможным», — говорит Турышев.

Однако мы были бы ограничены исследованием только одной инопланетной солнечной системы за миссию. «Мы не сможем переориентироваться на новую звезду», — говорит Турышев. Требуемое точное выравнивание означает, что планета, которую вы хотите изобразить, должна находиться на прямой линии позади Солнца. Обычно мы направляемся к планете, которую хотим исследовать, но для этого нам нужно будет удалиться от нее в прямо противоположном направлении.

Исследование другой звездной системы с помощью того же космического корабля потребовало бы перемещения в другую область космоса, что выходит за рамки первоначального предложения Турышева. Однако мы могли бы исследовать несколько планет, вращающихся вокруг одной и той же звезды.

Система TRAPPIST-1 может стать многообещающим первым кандидатом. Мы уже знаем, что там есть семь планет размером примерно с Землю, и мы могли бы представить их одну за другой в рамках одной и той же миссии. На составление каждого планетарного портрета уйдет около восьми месяцев.

С такой большой перспективной отдачей вы можете задаться вопросом, почему это еще не было опробовано. Причина в том, что это огромная инженерная задача. Солнечная гравитационная линза переносит свет типичной экзопланеты в наблюдаемый фокус на расстоянии около 650 астрономических единиц (а.е.), где один а.е. — расстояние между Солнцем и Землей.

Для контекста, Нептун, самая дальняя подтвержденная планета в нашей Солнечной системе, вращается вокруг Солнца на среднем расстоянии 30 АУ. Зонд «Вояджер-1», космический корабль, который на сегодняшний день прошел дальше всего от Земли, с момента своего запуска в 1977 году достиг расстояния всего в 150 километров. Зонд НАСА «Новые горизонты» является рекордсменом по скорости полета космического аппарата с Земли, но по-прежнему летел со скоростью чуть более 3 а.е. в год по пути к Плутону. При аналогичных скоростях потребовалось бы почти 200 лет, чтобы добраться до фокуса объектива.

«Мы должны быть в состоянии добраться туда за человеческую жизнь», — говорит Турышев. Не в последнюю очередь потому, что будет справедливо, если люди, строящие космический корабль, увидят плоды своего труда. Внутренний шестилетний ребенок каждого человека также нетерпелив — мы хотим получить ответы на эти непреходящие детские вопросы как можно скорее.

Чтобы осуществить это, нам придется отойти от того типа двигателя, который мы обычно используем для межпланетных миссий. Вместо этого космический корабль, оснащенный солнечным парусом, мог бы развивать скорость 25 м/с в год, доставив нас туда примерно за четверть века.

Солнечные паруса работают аналогично парусам на лодке, улавливая порывы солнечного ветра, выдуваемого Солнцем, или двигаясь на струйном потоке света – частицы солнечного света, попадающие на паруса, приводят судно в движение точно так же, как частицы воздуха на Земле.

«Такие миссии, как японский ИКАРОС и Световые паруса уже успешно продемонстрировали солнечные паруса в космосе», — говорит Турышев. «У нас уже есть технология, необходимая для этого». Его предлагаемый космический корабль будет оснащен 16 парусами, каждый площадью 1000 м2. НАСА достаточно заинтересовано в этой идее, чтобы поддержать его работу финансированием в рамках своей программы инновационных передовых концепций.

Профессор Льюис Дартнелл, астробиолог из Вестминстерского университета, в восторге от этой перспективы. «Если бы мы могли создать такую футуристическую технологию, это было бы абсолютным благом для астробиологии», — говорит он. «Это дало бы астрономам огромные возможности для оценки того, насколько пригодной для жизни может быть экзопланета».

Доктор Николас Раттенбери из Оклендского университета в Новой Зеландии согласен с этим. «Открытие особенностей экзомира, которые мы могли бы связать с биосферой, было бы сенсационным», — говорит он. Хотя его энтузиазм умерен ноткой осторожности. «Это была бы чрезвычайно сложная миссия – она представляет собой одну из самых амбициозных целей, которые я видел в открытии экзопланет».

Итак, каков следующий шаг на пути к воплощению такой сложной мечты в реальность? Турышев планирует выполнить демонстрационную миссию по технологии – уменьшенную версию, чтобы показать, что двигательная установка солнечного паруса может работать в принципе.

«Это достигло бы скорости 7AU в год – вдвое больше нынешнего рекорда», — говорит он. Если все пойдет хорошо, он надеется, что мы сможем запустить космический корабль по-настоящему к 2035 году, то есть он попадет в фокус солнечной гравитационной линзы примерно в 2060 году. «Это агрессивный график, но у нас уже есть все необходимые ингредиенты – нам просто нужно собрать их вместе», — говорит он.

Возможно, нам придется подождать некоторое время, но терпение — это часть процесса. «Охота за другой Землей — это поиск длиной в несколько поколений», — говорит профессор Сара Сигер, охотник за экзопланетами из Массачусетского технологического института.

Но нам все еще нужно думать о завтрашних телескопах сегодня. «Мы на 100 процентов хотим инвестировать в совершенно новые технологии — необходимы, если мы хотим следить за любыми интригующими открытиями, которые мы делаем в этом поколении», – говорит она. Тем больше причин продолжать каталогизировать интригующие системы, такие как TRAPPIST-1, чтобы мы были готовы к работе, когда в конце этого столетия появятся новые миссии.

По совпадению, в предложенной Турышевым временной шкале первое изображение будет возвращено вскоре после столетия запуска спутника 1, первого спутника, достигшего околоземной орбиты. Если нам потребуется всего 100 лет, чтобы пройти путь от погружения в небесные воды до фотографирования огромных мегаполисов на чужих планетах, могут ли существовать другие цивилизации, использующие свои собственные солнечные гравитационные линзы, чтобы взглянуть на Землю? «Абсолютно», — говорит Турышев. «Я не сомневаюсь, что где-то еще в Галактике есть люди, которые знают, как мы здесь живем».

Благодаря его работе, возможно, это только вопрос времени, когда мы вступим в клуб астрономов, членство в котором выходит за пределы Солнечной системы, и мы сможем, наконец, получить ответы на те вопросы, которые наши внутренние дети не перестанут задавать.

https://www.sciencefocus.com/space/inside-the-mission-to-spot-an-alien-city-by-harnessing-the-suns-colossal-gravity/

Ссылка на основную публикацию