Одно из центральных предсказаний общей теории относительности (ОТО) состоит в том, что массивный объект — звезда, галактика или черная дыра — может отклонять свет, который проходит поблизости. Это значит, что свет от удаленных объектов гравитационно линзируется более близкими к нам объектами.
При правильных условиях гравитационное линзирование действует как своего рода естественный телескоп «из ничего». Он может увеличивать яркость и свет удаленных объектов. Астрономы уже использовали этот прием, чтобы наблюдать за некоторыми из самых далеких галактик во Вселенной. Теперь этот эффект хотят использовать, чтобы изучить объекты «поближе к дому».
Как тут поможет Солнце?
В качестве линзы для изучения близлежащих экзопланет можно использовать гравитационное линзирование Солнца. Так, свет, исходящий от инопланетного мира, будет гравитационно сфокусирован нашей звездой с фокусом в районе от 550 до 850 а.е., в зависимости от того, насколько близко свет экзопланеты проходит от Солнца.
Астрономическая единица (а. е.) — единица измерения расстояний в астрономии, примерно равная среднему расстоянию от Земли до Солнца. В настоящее время принята равной в точности 149 597 870 700 метрам.
В принципе, теоретически на таком расстоянии можно разместить один или несколько телескопов, создав, таким образом, телескоп размером с Солнце. Это дало бы разрешение около 10 км² для объектов на расстоянии 100 световых лет.
Что делать?
Самый далекий космический корабль, запущенный человечеством, это «Вояджер-1», который находится всего в 160 а.е. от Солнца. Очевидно, что ученым еще предстоит сделать многое, прежде чем такой солнечный телескоп станет реальностью. Пока это только проект, который можно осуществить в будущем. Для этого не нужны магические технологии или новая физика, но требуется много неординарных инженерных решений.
Но, даже в этом случае, ученые столкнуться с другой проблемой. Речь идет о том, чтобы использовать все собранные данных для создания точного изображения. Как и в случае с радиотелескопами, «солнечная линза» не сможет за один раз получить одно изображение. Потребуется детальное понимание того, как наша звезда фокусирует свет для изображения экзопланет. И вот как раз эту проблему ученые уже готовы решить.
Проблема телескопов и решение ученых
Ни один телескоп не идеален. Одно из ограничений их оптических вариаций связано с дифракцией. Когда световые волны проходят через телескопическую линзу, эффект фокусировки может привести к тому, что волны слегка интерферируют друг с другом. Это и есть дефракция, которая может размыть и исказить исходное изображение.
В итоге, для любого телескопа существует предел резкости изображения — дифракционный предел. Хотя телескоп с гравитационной линзой отличается по своей структуре и свойствам, у него тоже есть дифракционный эффект и дифракционный предел.
В исследовании, недавно опубликованном в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, ученые смоделировали гравитационное линзирование Солнца. Цель — наблюдать его эффекты дифракции, которые повлияют на то, как астрономы будут наблюдать удаленные объекты, например, экзопланеты.
Что в итоге?
Оказалось, что телескоп с солнечной линзой сможет обнаружить лазер мощностью 1 Вт, который мог бы исходить от Проксимы Центавра b. Это планета, которая находится всего в четырех световых годах от Земли. Ученые обнаружили, что, в целом, дифракционный предел намного меньше, чем общее разрешение телескопа. В будущем, используя «солнечный телескоп» ученые смогут различать детали от 10 до 100 км в зависимости от наблюдаемой длины волны.
Чтобы показать, как будет работать солнечный телескоп, ученые смоделировали изображение Земли (выше) с разрешением 1024×1024 пикселей на расстоянии Проксимы Центавра (1,3 Парсек).
Также физики выяснили, что, даже при масштабах ниже дифракционного предела, с помощью Солнца астрономы смогли бы исследовать и другие объекты. Например, нейтронные звезды. Они, правило, слишком малы, чтобы можно наблюдать их особенности. Но такой гравитационный телескоп поможет изучать даже изменение температуры поверхности этих объектов.
В основном, новое исследование подтвердило, что такие объекты, как экзопланеты и нейтронные звезды, можно удачно наблюдать с помощью телескопа с солнечной линзой. Если все удастся, астрономы получат по-настоящему революционный инструмент в будущем.
Читать далее:
НАСА раскрыло происхождение Хаумеи — самой загадочной планеты Солнечной системы
Живые организмы сделали Марс непригодным для обитания
Печень может работать более 100 лет: ученые рассказали, как это возможно