NASA выделило грант 2 млн $ на проверку концепции телескопа в гравитационном фокусе Солнца, который / астрономия :: прогресс :: телескоп :: наука

NASA выделило грант 2 млн $ на проверку концепции телескопа в гравитационном фокусе Солнца, который сможет наблюдать экзопланеты напрямую.

Из этого скудного набора данных выводятся такие параметры планеты как: диаметр орбиты, диаметр планеты, масса, плотность. И дальше уж  делаются предположения о её составе: каменная, ледяная, океанида, газовая и т.п.

Ок, ну и как нам её сфоткать? Как многие наверняка уже слышали, массивные объекты могут гравитационно влиять не только на материальные тела, но так же и на свет. Чаще всего об этом упоминают в связи с чёрными дырами, которые собственно потому и чёрные, что своей гравитацией удерживают этот самый свет на орбите внутри горизонта событий. Гравитация нашего Солнца не идёт ни в какое сравнение с мощью чёрной дыры. Оно не может искривить траектории фотонов до состояния бублика, но вот немного отклонить их, по направлению к себе это запросто. И тут выясняется интересная вещь, если отлететь достаточно далеко от солнца, то можно попасть в точку, где свет, испущенный каким-то объектом позади солнца, в результате отклонения соберётся в… Ну не в точку, но сфокусируется на довольно небольшой площади, около 1,5 км в диаметре.

Восстановить исходное изображение из этой баранки – это чисто вопрос математики и алгоритмов. И, как доказал телескоп горизонта событий, проблемы  для астрономов не представляет.

Любопытно, что в отличие от обычной линзы, у гравитационной нет одной точки фокуса. Стеклянная линза это твёрдый материальный предмет и у него есть вполне определённые размеры. А вот у гравитационной… Гравитационное воздействие ослабевает пропорционально квадрату расстояния. Соответственно, лучи проходящие ближе к объекту отклоняются сильнее и собираются в точку ближе к нему, а у тех, что проходят дальше и фокус тоже дальше. Соответственно мы имеем не одну точку фокуса, а множество, которые образуют фокальную ось. Которая по сути, даже не ось, а цилиндр, раз изображение экзопланеты имеет форму кольца. 

Идея такова. Мы выбираем перспективную, с точки зрения наличия признаков жизни, экзопланету. Высчитываем, где должна начаться и как проходить фокальная ось, в которую собирается свет от этой экзопланеты. И запускаем туда космический телескоп. Начитанный анон сразу скажет: «Стоп. У тебя на картинке указано расстояние до начала этой фокальной оси в 546 а.е, Вояджер-1 сейчас на расстоянии 148,7 а.е., а запустили его 42 года назад. Что, ждать фоток 200 лет?» Это действительно проблема, решать её предлагается использованием солнечного паруса в качестве движителя. Аппарат будет запущен изначально в сторону Солнца. Он должен подойти так близко, как только сможет (около 10 диаметров Солнца), чтобы по-максимуму использовать давление солнечного света, которое ослабевает с расстоянием и на орбите Земли создаёт совершенно мизерную тягу. И уже с низкой околосолнечной орбиты, аппарат начнёт разгон в сторону цели. Предполагается, что на подлёте к орбите Юпитера он достигнет максимальной скорости в 20 а.е. в год.

Достигнув фокальной оси (фокального цилиндра), телескоп будет лететь внутри неё и вести съёмку кольца Эйнштейна интересующей нас экзопланеты и её звезды. Из переданных снимков можно будет восстановить изображение планеты с высоким разрешением. 

Тут правда, тоже придётся помудрить. Раз диаметр фокального цилиндра составляет 1,5 км, аппарат должен не просто двигаться вдоль него, но ещё и маневрировать в пределах его сечения, чтобы тщательно заснять все фрагменты экзопланеты. Ускорить процесс предполагается, послав не один аппарат, а несколько. Чтобы свет Солнца не затмевал тоненькое кольцо экзопланеты на снимках, телескоп будет иметь встроенный коронограф. Правда есть мнение, что с такого расстояния свет от экзопланеты будет полностью перекрываться солнечной короной, которая простирается в космос сильно дальше поверхности Солнца. Т.е. по-хорошему надо лететь не за 546 а.е. а за все 2000 а.е. На таком расстоянии диаметр кольца Эйнштейна будет гораздо больше, а изображение Солнца меньше и они точно не будут перекрываться. Тут остаётся только уповать на то, что мнение ошибочно, а расчёты авторов верны. Я их перепроверить не в состоянии.

Как это часто бывает, сама идея телескопа была выдвинута ещё в середине ХХ века, но только сейчас она заимела шанс на проверку (не на реализацию даже, а на проверку). Финансирование выделено в рамках программы поддержки инновационных концепций – NIAC. Она предназначена для проверки и поддержки самых прорывных и амбициозных идей в области космических исследований. Программа отбора разбита на 3 этапа, на каждом из которых участникам выделяется финансирование, для доработки своих проектов. В настоящий момент распределение участников выглядит так.

I этап 16 участников, получают по 125000$ и 9 месяцев для начального научно-технического анализа

II этап 6 участников, получают по 500000$ и 2 года для дальнейшей проработки

III этап 1 участник – наш финалист, который за 2 года и, как уже было сказано, на 2 млн. должен

разработать миссию – прототип, которая покажет принципиальную возможность достижения заявленных скоростей. Кстати, автор – наш соотечественник Вячеслав Турышев.

полный список участниковВот полный список участников

Статья Вячеслава Турышева, в которой кратко излагается сама идея.