10×10 пикселей: Почему гравитационная линза — наш единственный шанс увидеть другую Землю

Вопрос о том, как получить детальное изображение экзопланет, будоражит умы ученых уже не одно десятилетие. Представьте: где-то в 32 световых годах от нас вращается мир, возможно, не слишком отличающийся от Земли. Могли бы мы разглядеть его океаны, континенты, облака? Или даже — если осмелиться на смелую гипотезу — следы разумной жизни?

Оказывается, даже очень скромная карта экзопланеты размером 10×10 пикселей — задача невероятной сложности. Современные телескопы, даже самые передовые проекты вроде LUVOIR или ELT, неспособны на такое.

И вот, в недавней статье доктор Слава Турышев, ведущий эксперт по миссии с использованием солнечной гравитационной линзы (SGL), доказывает: все альтернативные методы либо требуют тысячелетних наблюдений, либо упираются в фундаментальные ограничения физики. Единственный реалистичный способ получить изображение экзопланеты в обозримом будущем — отправить телескоп в точку фокусировки гравитационного поля Солнца.

Почему традиционные телескопы не справляются?

Главная проблема — разрешение и фотонный бюджет. Даже 15-метровый LUVOIR, один из самых амбициозных проектов, проигрывает SGL в разрешении в 10 000 раз. Но дело не только в этом. Планета в 32 световых годах от нас — слабая точка в море звездного шума. Чтобы выделить ее сигнал, LUVOIR потребуется 1900 лет непрерывных наблюдений для построения карты 10×10 пикселей.

Звездные блокираторы (коронографы) немного улучшают ситуацию, но не решают проблему разрешения. Интерферометры, такие как предлагаемые миссии с базой в 130 км, технически возможны, но требуют невероятной точности синхронизации десятков телескопов. Даже если это удастся, сбор данных займет тысячи лет.

Наземные обсерватории, вроде Чрезвычайно Большого Телескопа (ELT), тоже не выход. Их разрешение в 2000 раз грубее нужного, а для 100-пиксельной карты потребуется 41 000 лет наблюдений.

Косвенные методы: можно ли обойтись без прямого изображения?

Некоторые предлагают реконструировать поверхность планеты по кривым блеска или транзитам. Но кривые блеска дают лишь одномерный профиль, а транзиты требуют многократных проходов, растягивая наблюдения на многие годы.

Другой вариант — искусственное затмение, когда объект (например, зонд) блокирует свет звезды, позволяя рассмотреть планету. Но естественные объекты вроде тел пояса Койпера слишком редки, а искусственные затмения сложны в координации.

Казалось бы, самый прямой путь — отправить зонд к цели. Проекты вроде Breakthrough Starshot предлагают разгонять наноаппараты до релятивистских скоростей. Но даже если такой зонд когда-нибудь долетит до цели, он пронесется мимо планеты за минуты. Передать данные на Землю с расстояния в десятки световых лет — задача, для которой пока нет технологий.

SGL — единственный реалистичный вариант

Телескоп, использующий гравитационное линзирование Солнца, лишен этих недостатков. Солнце искривляет пространство-время, создавая естественную линзу с фокусом в 550 а.е. (дальше, чем «Вояджеры» за 50 лет полета). Такой телескоп сможет дать детальное изображение экзопланеты без тысячелетних ожиданий.

Технологии для SGL уже существуют — нужны лишь финансирование и политическая воля. Пока НАСА сокращает бюджеты, миссия остается мечтой. Но если человечество действительно хочет увидеть другую Землю, у него, похоже, нет иного выбора.