Forskere ønsker å bruke solens tyngdekraft til å kommunisere mellom stjerner

Solar gravitasjonslinser kan hjelpe oss å søke etter liv på andre planeter.

Gravitasjonslinser oppstår når ting med masse skaper krusninger og bulker i romtidens stoff, og lyset må følge langs disse linjene, noe som noen ganger skaper en forstørrelsesglasseffekt. Dette både høres og utseende som noe vilt fra science fiction, men det er faktisk et veldig viktig verktøy innen astronomi. De James Webb-romteleskopet har vært mye i nyhetene i det siste for nettopp dette: å se hvordan lys bøyer seg rundt massive galaksehoper i verdensrommet, og avslører svakere, lenger unna gamle galakser bak dem.

Nå prøver Slava Turyshev, en forsker ved NASAs Jet Propulsion Lab, å utnytte en av disse gravitasjonslinsene nærmere hjemmet ved hjelp av solen vår. I en nytt papir lagt ut på forhåndsutskriftsserveren arXiv, beregner Turyshev all den detaljerte matematikken og fysikken som trengs for å vise at det er faktisk mulig å utnytte solens tyngdekraft på denne måten, med noen ganske pene bruksområder. En såkalt «solar gravitational linse» (SGL) kan hjelpe oss med å sende lysmeldinger til stjernene for interstellar kommunikasjon eller undersøke overflatene til fjerne eksoplaneter.

"Ved å utnytte gravitasjonslinseeffekten til stjernen vår, ville astronomi oppleve et revolusjonerende sprang i observasjonsevne," sier Nick Tusay, en Penn State-astronom som ikke er involvert i det nye arbeidet. "Lys fungerer begge veier, så det kan også øke overføringsevnen vår også, hvis vi hadde noen der ute å kommunisere med."

Når det gjelder teleskoper her på jorden, er større definitivt bedre. For å samle nok lys til å oppdage virkelig svake objekter langt unna, trenger du et stort speil eller en linse for å fokusere lyset – men vi kan egentlig bare bygge dem så store. Det er her SGL kommer inn, som et alternativ til å bygge større teleskoper, i stedet for å stole på romtid bøyd av solens tyngdekraft for å gjøre fokuseringen for oss.

"Bruk av SGL fjerner behovet for å bygge større teleskoper og reiser i stedet problemet med hvordan man får et teleskop ut til brennvidden til solen (og hvordan man holder det der)," forklarer Macy Huston, en Berkeley-astronom som ikke er involvert i den nye forskningen. "Og det er mye arbeid som pågår for å prøve å løse dette," legger de til.

Turyshev er jobber aktivt med et oppdragsdesign for å sende et en-meters teleskop (mindre enn halvparten av størrelsen på den berømte Hubble) ut til fokuset til solens gravitasjonsbrønn. Det er litt av en trek – dette fokuspunktet ligger omtrent 650 AU fra stjernen vår, nesten fem ganger unna menneskehetens nåværende avstandsrekordholder, Voyager 1. For å komme seg ut til en så stor avstand på mindre enn et helt liv, er teamet avhengig av banebrytende solseilteknologi for å bevege seg raskere enn noen gang før.

Planer er i gang ved NASAs Jet Propulsion Laboratory for å sende solseil til solgravitasjonslinsefokuset for å lage det første bildet noensinne av en eksoplanets overflate.

For tiden undersøker romteleskopet James Webb atmosfæren til planeter rundt andre stjerner, og fremtiden Habitable Worlds Observatory på 2040-tallet vil forhåpentligvis kunne se nok detaljer i eksoplanetære atmosfærer til å finne hint av liv. Turyshevs oppdrag ville være det neste store skrittet mot å bekrefte livet i andre verdener, forhåpentligvis lansert rundt 2035. Når JWST og HWO identifiserer muligens interessante verdener, vil SGL-teleskopet faktisk kartlegge overflaten til en eksoplanet i detalj. Turyshev hevder at den ville være i stand til å se en planet blåst opp til 700 ganger 700 piksler - en enorm forbedring av direkte bildebehandlings nåværende 2 eller 3 piksler. "Hvis det er en sump på den eksoplaneten som sender ut metan, vet vi at det er det som er plassert på dette kontinentet på denne øya, for eksempel," forklarer han.

Ser vi lenger inn i sci-fi-fremtiden, kan den samme SGL-teknologien brukes ikke bare «som et teleskop vi kunne bruke fra solsystemet til se andre planetsystemer i detalj", men også som et "interstellart kommunikasjonsnettverk (for tilsiktet kommunikasjon)," sier Huston. En laser plassert ved solens gravitasjonsfokus kan sende meldinger til andre stjerner uten å miste like mye signal som vår nåværende jordbundne beacon-teknologi.

"Hvis vi noen gang skulle bli en interstellar sivilisasjon, kan dette [SGL] potensielt være det mest effektive middelet for kommunikasjon mellom stjernesystemer," sier Tusay. Vår radiosendinger, som lekker ut av jordens atmosfære siden tidlig på 1900-tallet, blir raskt svakere jo lenger unna planeten vår. Turyshevs matematiske beregninger viser at signaler sendt fra SGL lett kan bli lagt merke til på avstanden til nærliggende stjerner, selv når man tar hensyn til den støyende bakgrunnen til den virkelige verden. Overføring via SGL er "ikke forbudt, det er virkelig oppmuntret av fysikk," sier Turyshev.

Denne teknologien ville imidlertid ikke løse alle våre interstellare veisperringer. Vi kan kanskje sende meldinger, men vi har fortsatt ikke mulighet til å sende oss ut blant stjernene for å reise. Det vil også være en stor forsinkelse i våre galaktiske samtaler – mer som å sende et langrennsbrev med hest enn FaceTiming med vennene dine. «Lys har fortsatt en topphastighet", minner Tusay om. Som et resultat ville det å sende en melding til en stjerne fire lysår unna ta fire år å komme dit, og ytterligere fire før svaret når oss. Likevel er solgravitasjonslinsen ett stort skritt mot å gjøre vår science fiction-fremtid til virkelighet.

Siste blogginnlegg

Er det på tide å omfavne tidevannsturbiner?
August 10, 2023

Denne teknologien bruker de skiftende tidevannene til å skape pålitelig, fornybar energi. Etterspørselen etter pålitelig ren energi øker. Og mens ...

Spar på denne kattevennlige vannfontenen til januarsalget vårt
August 11, 2023

Hold katten din hydrert og sunn. Vi kan tjene inntekter fra produktene som er tilgjengelige på denne siden og delta i tilknyttede programmer. Lære...

CDC vil oppdatere rådene om utendørsmasker
August 11, 2023

Her er det du trenger å vite denne uken. Klikk her for å se hele PopScis COVID-19-dekning.Ettersom etterspørselen etter covid-19-vaksinasjoner fal...