Ученый НАСА считает, что за 30 лет Солнце можно превратить в гигантский телескоп

Фото из открытых источников

В новой статье, размещенной на сервере препринтов arXiv, рассматриваются двигательные установки, которые могли бы доставить космические аппараты в особенно интересный регион космоса, позволяя использовать нашу звезду в качестве гигантского телескопа. Согласно статье, запуск миссии в этот регион может стать возможным менее чем за три десятилетия. 

В теории общей относительности Эйнштейна масса искривляет пространство-время. Достаточно большой объект (например, черная дыра или звезда) искривляет его на значительную величину. Наблюдая за космосом, астрономы регулярно обнаруживают гравитационные линзы, где свет от далеких объектов усиливается промежуточным объектом, который изменяет траекторию света.

Хотя это, безусловно, «очень круто», гравитационные линзы — не самые гибкие телескопы. Вы ограничены областью, где находится большое скопление массы. В то время как обычный телескоп можно вращать, удачи вам с настройкой гравитационной линзы так, чтобы она немного сместилась влево, если это связано с перемещением галактического скопления.

Однако некоторые ученые предложили другую идею, которая может немного упростить задачу, обеспечив при этом беспрецедентные возможности наблюдения за любым интересующим нас объектом. У нас есть массивный объект, расположенный примерно в центре нашей орбиты. Чтобы наблюдать за объектом, используя Солнце в качестве телескопа — так называемой солнечной гравитационной линзы (СГЛ) — нам нужно всего лишь разместить наше оборудование на противоположной стороне Солнца и в правильном положении. К счастью, это упрощается, поскольку мы работаем с фокальной линией, а не с фокусной точкой.

«Гравитационное поле Солнца действует как сферическая линза, увеличивая интенсивность излучения от удаленного источника вдоль полубесконечной фокальной линии», — объяснил в своей статье 1979 года фон Рассел Эшлеман, который первым предложил миссию по созданию такого телескопа. «Космический аппарат, находящийся в любой точке этой линии, в принципе, мог бы наблюдать, подслушивать и общаться на межзвездных расстояниях, используя оборудование, сопоставимое по размеру и мощности с тем, что сейчас используется для межпланетных расстояний. Если пренебречь корональными эффектами, максимальный коэффициент увеличения для когерентного излучения обратно пропорционален длине волны и составляет 100 миллионов на 1 миллиметре».

С помощью такого телескопа мы, возможно, даже смогли бы наблюдать поверхность инопланетной планеты, что намного превзошло бы любой другой существующий или будущий телескоп. Кстати, есть и другая возможность — превратить Землю в телескоп, это более простой, хотя и менее мощный, проект для начинающих.

Хотя эта миссия будет намного дешевле и проще, чем создание телескопа аналогичной мощности, она все равно окажется невероятно сложной.

«Реалистичные концепции миссий предполагают проведение научных исследований вдоль фокальной линии солнечного лимфатического кольца на гелиоцентрических расстояниях z ≃ 650–900 а.е., где космический аппарат должен (1) поддерживать точное наведение вблизи солнечного лимба, (2) осуществлять контролируемое боковое перемещение в плоскости изображения для попиксельной выборки и реконструкции изображения, и (3) обеспечивать электропитание и связь в условиях, когда солнечный поток примерно в 4,2 × 10⁵–8,1 × 10⁵ раз слабее, чем на расстоянии 1 а.е.», — поясняется в новой статье. «На этих расстояниях солнечная энергия не является необходимым ресурсом для высокоскоростной связи или точного управления; на протяжении всего научного этапа требуется энергия радиоизотопов или энергия деления».

Учитывая, что среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 1 астрономическую единицу (АЕ), это довольно большое расстояние, которое необходимо преодолеть для телескопирования. «Вояджер-1» — самый удаленный от Солнца космический зонд человечества — в настоящее время находится на расстоянии около 170 АЕ от Солнца, и ему потребовалось почти 50 лет, чтобы добраться до него. Так что же мы можем сделать, чтобы ускорить этот процесс? В новой статье, которая еще не прошла рецензирование, Слава Г. Турышев — ученый, работающий в Лаборатории реактивного движения НАСА — излагает варианты такой миссии. Хотя это может звучать очень необычно, НАСА рассматривает такую миссию в рамках своей инициативы «Инновационные передовые концепции».

Прежде всего, Турышев объясняет, что традиционная химическая двигательная установка совершенно недостаточна для доставки полезной нагрузки в нужное место в разумные сроки, даже с использованием серии гравитационных маневров. Вместо этого он рассмотрел солнечный парус и ядерную электрическую двигательную установку (ЯЭД), работающую на энергии деления ядра. 

Из двух вариантов он пришел к выводу, что использование аппарата, работающего на солнечном парусе, будет наиболее надежным способом достичь этого расстояния в разумные сроки. Миссия все еще потребует довольно смелого подхода к Солнцу, приблизившись к нашей звезде на расстояние 0,04–0,08 астрономических единиц для гравитационного маневра. По словам Турышева, используя этот метод, космический аппарат сможет достичь расстояния в 650 астрономических единиц примерно за 25–40 лет. Однако солнечные паруса не обеспечивают достаточной мощности, что ограничивает размер полезной нагрузки, которую сможет взять с собой миссия.

Между тем, двигатель NEP мог бы нести более тяжелую полезную нагрузку и имеет преимущество в том, что оставшееся топливо можно было бы использовать для корректировки положения зонда после достижения им намеченного пункта назначения. Эта система была бы несколько медленнее, но, используя комбинированный двигатель NEP и ядерный тепловой двигатель, миссия могла бы достичь этого расстояния менее чем за 20 лет.

Однако обе эти технологии находятся на начальной стадии развития. Если НАСА решит начать подобную миссию в ближайшем будущем, ее возможности будут ограничены прогрессом в этой области.

«С точки зрения программы, для того чтобы начать строительство в 2035–2040 годах с уверенностью, необходимо согласовать выбор архитектуры с тем, что можно будет продемонстрировать к началу 2030-х годов», — объясняет Турышев.

В этом отношении солнечные паруса продвинулись немного дальше в разработке и даже были испытаны (иногда безуспешно) в космосе. Хотя это еще далеко не окончательный вариант, было бы довольно здорово использовать энергию Солнца для плавания, а затем, используя его массу, наблюдать за далекими объектами, находящимися за ним.