Lentila gravitațională naturală a soarelui este mai puternică decât credeai
Omenirea a construit telescoape incredibil de puternice care ne-au oferit imagini spectaculoase ale cosmosului și ne-au permis să privim înapoi la primele zile ale universului. Aceste observatoare, cum ar fi Telescopul Spațial James Webb (JWST), sunt opere inginerești uimitoare care au necesitat miliarde de dolari și decenii de muncă. Universe Today și phys.org ne propun o călătorie fantastică; sau nu.
Imaginați-vă lumina venind de la o țintă îndepărtată. O parte din acea lumină este îndreptată spre soare și abia atinge suprafața.
Gravitația soarelui curbează acea lumină. Se întâmplă deja chiar acum. Aceasta este vestea bună. Nu trebuie să șlefuim o lentilă. Nu trebuie să lustruim o oglindă. Nu trebuie să desfășurăm un instrument. Gravitația soarelui face toată treaba. Adună toate aceste bucăți de lumină rătăcite care îi ating suprafața și le curbează spre punctul focal.
De fapt, pentru a transforma soarele într-un telescop nu trebuie să facem nicio muncă – trebuie doar să fim în locul potrivit.
Dar cum poate soarele să fie un telescop? Soarele nu este o oglindă, ci este o lentilă. Și înțelegem că este o lentilă prin magia gravitației.
Când Einstein a dezvoltat relativitatea generală, și-a dat seama că gravitația poate curba puternic traiectoria luminii – mult mai mult decât au prezis calculele anterioare folosind doar gravitația newtoniană. De fapt, unul dintre primele teste ale teoriei relativității lui Einstein a fost expediția Eddington pentru a observa devierea luminii stelelor în apropierea suprafeței soarelui în timpul unei eclipse totale de soare.
Obiectele masive curbează traiectoria luminii. Lentilele, ca niște bucăți de sticlă curbată, curbează traiectoria luminii.
Este o coincidență totală, dar înseamnă că tot ce știm despre optică, despre șlefuirea lentilelor, despre curbarea luminii, despre focalizarea luminii de la un obiect îndepărtat pe un punct focal pentru a-l mări și a crește rezoluția, toate acestea, putem lua tot acel limbaj, toată acea matematică și le putem transporta în gravitație.
Putem crea lentile gravitaționale în care gravitația unui obiect masiv poate curba toată lumina care se apropie de el și o poate trimite către un punct focal unde poți pur și simplu să stai și să te bucuri de imaginea mărită exact ca și cum ar exista o bucată gigantică de sticlă curbată chiar acolo.
Această tehnică funcționează deja. Folosim deja lentile gravitaționale în univers pentru a sări peste distanțe vaste și a vedea în universul timpuriu, unde unele dintre primele galaxii care au apărut în univers sunt pur și simplu prea departe, prea mici și prea slabe pentru a le vedea.
Dar când se întâmplă ca acestea să se așeze întâmplător în spatele unui roi gigantic de galaxii, gravitația acelui roi de galaxii va curba acea lumină, o va focaliza, o va amplifica și îi va crește rezoluția. Și putem folosi un întreg roi de galaxii ca o lentilă gigantică pentru a mări ceea ce se află în spatele lui și ne va permite să vedem unele dintre cele mai îndepărtate galaxii din univers.
În sistemul solar, cel mai masiv obiect este de departe soarele. Știm că gravitația soarelui curbează calea luminii în jurul său ca și cum ar fi o lentilă gigantică.
Este ca și cum am avea un telescop gigantic stând acolo, în centrul sistemului solar, și este de departe cel mai puternic telescop pe care ni-l putem concepe, cu extensii rezonabile ale limitelor noastre tehnologice actuale.
Soarele, ca lentilă gravitațională, este cel mai puternic telescop accesibil din istorie
Folosim relativitatea lui Einstein pentru a calcula care ar putea fi puterea de mărire a lentilei gravitaționale solare. Rezoluția sa unghiulară este de 1 milion de ori mai bună decât cea a Telescopului Event Horizon.
Și datorită efectelor lentilei gravitaționale, nu obținem doar o rezoluție mai mare. De asemenea, obținem o amplificare a luminozității, deoarece combină o sumă de raze de lumină și le focalizează. Obținem o amplificare a luminozității de până la un factor de 100 de miliarde.
A spune că acesta este mai bun decât orice telescop cunoscut este o subestimare. Este mai bun decât orice telescop posibil pe care l-am putea construi în orice viitor posibil, în următoarele câteva sute de ani, și pur și simplu stă acolo.
Ce obținem cu un astfel de tip de rezoluție? Avem un exemplu. Există o planetă care orbitează în jurul stelei noastre vecine, Proxima Centauri. Această planetă se numește Proxima b.
Cunoaștem această planetă. Știm că este stâncoasă. Știm că este asemănătoare Pământului. Știm că se află în zona locuibilă a planetei Proxima Centauri. Un telescop construit din lentila gravitațională solară ar putea cartografia suprafața planetei Proxima b cu o rezoluție mai mică de 1 kilometru.
Nu este vorba de un singur pixel care conține întreaga planetă. Aceasta creează o hartă detaliată a suprafeței până la 1 kilometru.
Pe o imagine a Pământului cu o rezoluție de aproximativ un kilometru puteți vedea linii de coastă, uragane, jungle sau puteți trasa râuri.
Lentila gravitațională solară ar putea construi o hartă decentă a oricărei exoplanete aflate la aproximativ 100 de ani-lumină de noi. Comparați asta cu orice telescop din trecut și din viitor și pur și simplu nu există concurență.
Deci, tot ce trebuie să facem este să plasăm un senzor în punctul focal și să colectăm acea lumină
Asta e partea dificilă. Poți face calculele și să descoperi unde este punctul focal, unde se concentrează toată lumina cu ajutorul lentilei gravitaționale solare, iar punctul său focal este la aproximativ 542 de unități astronomice (UA) distanță de soare.
Să punem asta în context. Este de 542 de ori mai departe decât distanța de la soare la Pământ. Este de treisprezece ori distanța până la Pluto și de peste trei ori distanța până la Voyager 1, cea mai îndepărtată navă spațială construită de om, care a fost lansată în 1977.
Este o provocare să desfășori un instrument la o distanță atât de mare, să-l pui în funcțiune, să colectezi datele, să construiești o imagine și să trimiți rezultatele înapoi pe Pământ.
Mai mult, punctul focal de aici este mai degrabă o zona focală, deoarece această imagine are o rezoluție foarte mare. Imaginile obiectelor îndepărtate sunt răspândite pe zeci de kilometri. Deci, dacă omenirea are o navă spațială parcată într-o singură poziție, va primi acea mică lumină și va vedea acea mică porțiune a țintei, iar asta va fi grozav. Dar dacă vrea să construiască un portret, trebuie să scaneze zeci de kilometri. Asta înseamnă că, dacă vrem să obținem ceva mai mult decât instantanee, avem nevoie de o navă spațială mobilă la acea distanță la care nu o putem pur și simplu arunca și lăsa să rămână acolo într-un punct fix. Trebuie să se miște pentru a putea scana imaginea.
Și trebuie să fim foarte, foarte buni la prezicerea mișcărilor țintei, astfel încât, atunci când nava spațială ajunge la această poziție, să nu se uite doar la o porțiune goală de spațiu.
Dar partea cea mai nebunească este că nu este atât de extravagant. Da, această navă spațială, sau flotă de nave spațiale, ar fi trimisă de trei ori mai departe decât Voyager. Dar nu este ca și cum ar trebui să o trimitem într-un alt sistem stelar. Este o extensie (oarecum) rezonabilă a capacităților noastre actuale.
O opțiune de a face acest lucru să funcționeze este pur și simplu să se lanseze o sondă acolo ca un super-Voyager și să sperăm la ce e mai bun. Să fie lăsată să zboare prin acest punct focal și să colecteze toate datele posibile, apoi să le trimită înapoi pe Pământ și apoi poate să obținem o mică porțiune a unei imagini a unei regiuni, a unei ținte. Au existat propuneri de zeci de ani în urmă pentru a face exact acest lucru. Dar asta nu va fi foarte satisfăcător.
O singură navă sau o flotă sincronizată
Vrem să avem o navă spațială care să poată sta acolo. Vrem o navă spațială care să poată petrece ceva timp acolo. Vrem o navă spațială care să aibă suficient combustibil și energie pentru a se deplasa acolo, astfel încât să poată scana acest plan focal gigantic și să construiască o imagine a unei ținte întregi. Cele mai recente propuneri nu implică o singură navă spațială, ci multe nave spațiale foarte, foarte mici, care dansează în jurul punctului focal pentru a crea un mozaic.
Dar acest lucru introduce alte probleme. Navele spațiale mici au nevoie de instrumente, energie și combustibil, ceea ce le face mari, ceea ce anulează scopul.
Pentru a rezolva acest lucru, cele mai recente propuneri folosesc vele solare. Ideea este să se trimită un roi de nave spațiale, să le lansăm de pe Pământ, să le lăsăm să se miște în spirală spre Soare, apoi să le desfășurăm velele solare, să lăsăm presiunea radiațiilor de la Soare să le împingă în sistemul solar, să le accelereze foarte repede și să le aducem în acest punct de 542 UA în câteva decenii.
Este mult timp, dar nu o nebunie. Apoi, avem nevoie ca ele să înceapă să danseze unele în jurul altora într-un model în care fiecare să poată începe individual să colecteze date și apoi să trimită acele date înapoi pe Pământ.
S-a lucrat mult în această direcție, dar există încă multe necunoscute. Ar fi nevoie în continuare de un progres tehnologic enorm. Nu avem vele solare super eficiente în acest moment. Nu avem roiuri de nave spațiale care pot lucra împreună super eficient.
Toate aceste propuneri sunt la limita posibilului. Sunt chiar acolo, puțin dincolo de capacitățile noastre tehnologice actuale, dar nu atât de departe încât să fie doar science fiction și să nu merite să ne gândim la ele într-un mod serios. Este complet posibil.
E suficient de nebunesc încât s-ar putea să funcționeze.
