Можем ли мы действительно сфотографировать поверхность экзопланеты?

У нас никогда не будет возможности отправиться на экзопланету, но миссия может позволить нам увидеть ее на расстоянии. Наконец, на бумаге.

В рамках своей программы инновационных передовых концепций (NIAC) НАСА только что предоставило новые гранты для инновационных космических проектов. Один из них предлагает превратить лунный кратер в гигантский радиотелескоп, а другой предлагает разработку системы замедления антивещества. Но самая удивительная концепция, несомненно, выдвинута Славой Турышевым из Лаборатории реактивного движения. Физик хочет использовать Солнце, чтобы сфотографировать экзопланету.

Как сфотографировать экзопланету?

Предсказанная общей теорией относительности Эйнштейна, гравитационная линза вырабатывается наличием очень массивного тела, расположенного между наблюдателем и далеким источником света. Создавая вокруг себя сильное гравитационное поле, это массивное тело будет таким образом отклонять световые лучи наблюдаемого на заднем плане объекта, которые будут проходить вблизи него, усиливая и искажая изображения, которые наблюдатель, находящийся в прямой видимости, получит.

План физика направлен на то, чтобы воспользоваться этим эффектом. Его идея: отправить телескоп на расстоянии 96 миллиардов км от Солнца и расположить его таким образом, чтобы наша звезда находилась в прямой видимости экзопланеты, расположенной менее чем в 100 световых годах от него.

По словам исследователя, если целевой объект имеет размеры Земли, то можно получить достаточное разрешение, чтобы отличить ее поверхностные особенности. И, кстати, обнаружить любые признаки жизни, когда она проходит мимо.

Миссия дерзкая, тем более что физик хотел бы, чтобы этот проект был завершен в течение жизни человека. Другими словами, наше поколение может, прежде чем уступить следующему, воспользоваться этими «внеземными» изображениями.

На бумаге идея действительно заманчива. Любой энтузиаст астрофизики и науки в целом действительно был бы готов заплатить, чтобы оценить такую картину. Но технологические проблемы, связанные с этой миссией, также значительны.

Непреодолимая задача?

Рассмотрим прежде всего расстояние: 96 миллиардов километров. Для сравнения, это примерно в 16 раз больше расстояния Плутон-Солнце. Зонд "Вояджер-1", который углубился в космос дальше, чем любой другой созданный человеком объект, на сегодняшний день прошел всего около 22 миллиардов километров. И он работает с 1977 года, более 40 лет.

Поэтому с нашими обычными двигательными установками невозможно покрыть такое расстояние за всю жизнь человека. Именно поэтому физик предлагает опираться на небольшие космические аппараты, оснащенные солнечными парусами. Каждый из этих зондов, с одной стороны, совершил бы первое путешествие к Солнцу с идеей использования его гравитационной помощи, а с другой - так, чтобы фотоны, выпущенные нашей звездой, могли приходить и "толкать" паруса, в конце концов, приводя судно в движение со скоростью более 450 000 км/час.

При такой скорости, отмечает исследователь, для того, чтобы эти корабли достигли целевого региона, понадобилось бы около 25 лет. Кроме того, каждый член этого межзвездного флота будет нести с собой компонент телескопа, который в конечном итоге может быть собран в конце этого путешествия. Но если бы было только это.

Солнце действительно имеет фокусную линию диаметром менее километра, которая тянется до бесконечности в пространстве. Чтобы изобразить экзопланету с помощью эффекта гравитационной линзы, телескоп должен находиться внутри этой трубки, чтобы вы могли нарисовать воображаемую линию от центра инструмента через центр Солнца до экзопланеты. Но мы не говорим здесь о "одном выстреле". Телескоп должен поддерживать этот уровень точности в течение времени экспозиции от нескольких минут до нескольких часов.

И это еще не конец. Если гравитационная сила Солнца могла бы эффективно увеличить изображение экзопланеты, расположенной на заднем плане, оно также будет очень искажено, распространяясь как кольцо вокруг нашей звезды (кольцо Эйнштейна), и перегружены солнечным светом.

Чтобы получить полное изображение экзопланеты, телескоп должен был бы полагаться на невероятно сложные алгоритмы для извлечения и преобразования всех этих данных.

Первое фото в 2060 году?

Поэтому, как вы видите, это огромная проблема. Физик остается уверенным, несмотря ни на что, подчеркивая, что мы уже начали разрабатывать технологии, необходимые для такой миссии, которая, по его словам, может быть запущена в начале 2030-х годов. Если мы примем во внимание продолжительность поездки и время работы, необходимое для получения первых данных, это означает, что мы могли бы получить нашу первую фотографию поверхности экзопланеты в 2060-х годах.

На данный момент это всего лишь бумажный проект, и нет никаких признаков того, что НАСА выполнит его. В рамках третьего этапа программы физику и его команде придется работать над решением многих технологических задач, присущих такой поездке. Их цель, таким образом, будет заключаться в разработке демонстрационной миссии для развертывания небольшого космического корабля, взбитого солнечным ветром, в космосе, а затем сфотографировать несколько объектов в нашей Солнечной системе.