Czy możliwe jest stworzenie szczegółowej mapy powierzchni planety oddalonej o dziesiątki lat świetlnych od Ziemi? Najnowsze badania sugerują, że tak – pod warunkiem, że wykorzystamy do tego wyjątkowe zjawisko fizyczne: soczewkowanie grawitacyjne wokół naszej gwiazdy macierzystej. Choć brzmi to jak science fiction, koncepcja ta wydaje się paradoksalnie najbardziej realną z dostępnych opcji.
Wspieraj Puls Kosmosu na Patronite.pl
Zespół naukowców kierowany przez dr. Slavę Turysheva opublikował właśnie na serwerze arXiv analizę, która potwierdza wykonalność budowy teleskopu wykorzystującego soczewkowanie grawitacyjne przy pomocy Słońca (SGL – Solar Gravitational Lens). W opinii autora opracowania, żadne z obecnie proponowanych rozwiązań nie oferuje podobnego potencjału, jeśli chodzi o obserwację planet podobnych do Ziemi.
Soczewka grawitacyjna tego typu działa na zasadzie zakrzywiania światła przez potężne pole grawitacyjne Słońca – zgodnie z ogólną teorią względności. Efekt ten sprawia, że światło z odległej planety zostaje skupione w określonym punkcie przestrzeni, znajdującym się co najmniej 550 jednostek astronomicznych od Słońca (czyli około 82 miliardów kilometrów). Umieszczony tam teleskop mógłby uzyskać obraz planety z niespotykaną dotąd rozdzielczością – nawet 10×10 pikseli dla obiektu oddalonego o 32 lata świetlne. Choć taka liczba pikseli może wydawać się skromna, wystarczyłaby do stworzenia pierwszej mapy powierzchni planety spoza Układu Słonecznego.
W ramach badania Turyshev porównał ten ekscentryczny pomysł do trzech głównych podejść do obrazowania egzoplanet: tradycyjnych teleskopów kosmicznych, technik pośrednich oraz bezpośrednich odwiedzin w otoczeniu odległej gwiazdy. Okazuje się, że każda z tych metod charakteryzuje się poważnymi ograniczeniami.
Najbliższe zrealizowania są wielkie teleskopy kosmiczne – takie jak projektowany LUVOIR o średnicy 15 metrów, HabEx czy Teleskop Kosmiczny Nancy Grace Roman. Mimo imponujących rozmiarów i zaawansowania technologicznego nawet one nie są w stanie zarejestrować wystarczającej liczby fotonów z tak odległej planety, by stworzyć obraz w wysokiej rozdzielczości. Według obliczeń LUVOIR musiałby prowadzić obserwacje przez blisko 1900 lat, by uzyskać pojedynczy obraz planety o rozdzielczości 100 pikseli. Wynika to głównie z tego, że liczba fotonów docierających do teleskopu z obserwowanej egzoplanety byłaby przytłoczona fotonami pochodzącymi z innych źródeł kosmicznych, które powodowałyby ogromny szum. To właśnie wyłuskanie tych właściwych fotonów z szumu tła zajęłoby tysiące lat.
Inne pomysły, takie jak interferometria (czyli łączenie sygnałów z wielu teleskopów rozmieszczonych w przestrzeni), również nie dają nadziei na szybki postęp. Interferometria wymagałaby stworzenia ogromnej sieci teleskopów oddalonych od siebie o ponad 100 kilometrów – co obecnie wykracza poza nasze możliwości inżynieryjne. Osłony gwiazd nie poprawiają z kolei samej rozdzielczości obrazu i wymagają wprost niewyobrażalnie precyzyjnej synchronizacji w przestrzeni kosmicznej.
Pośrednie metody obserwacji, takie jak analiza tranzytów planet czy zakryć, umożliwiają jedynie badanie składu atmosfery i rozmiarów planet. Próby wykorzystania sztucznych przesłon lub zakryć przez obiekty w Pasie Kuipera są zbyt trudne do praktycznej realizacji z uwagi na konieczność ekstremalnie precyzyjnego pozycjonowania.
Nieco bardziej futurystyczną alternatywą jest bezpośrednia eksploracja – jak w koncepcji Breakthrough Starshot, zakładającej wysyłanie miniaturowych sond w stronę sąsiednich układów planetarnych z prędkością rzędu 20% prędkości światła. Jednak nawet jeśli udałoby się takie sondy wysłać, miałyby one zaledwie kilka minut na zebranie danych podczas przelotu w pobliżu docelowej egzoplanety. Nawet gdyby i to się udało, to wciąż nie mamy technologii, która byłaby w stanie wykonać zdjęcia i wysłać je z odległości dziesiątek lat świetlnych w kierunku Ziemi, a jednocześnie dałaby się zamknąć w sondzie na tyle małej, abyśmy byli w stanie wysłać ją z odpowiednią prędkością w kierunku odległej gwiazdy. Mówimy tu o sondzie o masie kilku, kilkunastu gramów.
Na tle tych wszystkich ograniczeń koncepcja SGL wypada wyjątkowo korzystnie. Owszem, wysłanie teleskopu poza 550 j.a. to wyzwanie logistyczne i technologiczne, ale potencjalne korzyści naukowe są ogromne. Niestety, patrząc na to, co się obecnie dzieje z NASA, możemy spokojnie zapomnieć o realizacji tak fenomenalnych i wysokobudżetowych projektów. Może chociaż jakiś pisarz science fiction podchwyci pomysł i napisze o SGL jakąś ciekawą powieść.
Analiza Turysheva jednoznacznie pokazuje, że jeśli chcemy w nadchodzących dekadach uzyskać pierwsze obrazy powierzchni egzoplanety przypominającej Ziemię, to soczewkowanie grawitacyjne wokół Słońca pozostaje najlepszą – i być może jedyną – realną drogą do osiągnięcia tego celu.