Как превратить Землю в гигантский телескоп и зачем это делать?

Исторически так сложилось, что с увеличением размеров телескопов, которые используются астрономами для поиска и наблюдения за далекими галактиками, звездами и планетами в геометрической прогрессии росла и стоимость их создания. Диаметр современных наземных телескопов достигает 30 и даже 40 метров. Строительство этих объектов обошлось в сотни миллионов и даже миллиарды долларов. Прогресс не стоит на месте и вскоре у нас должны появиться наземные телескопы еще большего размера. И понятно, что их создание потребует еще больших вложений. Например, строительство 100-метрового телескопа будет стоить уже 35 миллиардов долларов. Это очень дорого. Однако по мнению американского астрофизика Дэвида Киппинга из Колумбийского университета, мы можем решить эту проблему.

В размерах растут не только наземные аппараты, использующиеся в обсерваториях, но и космические телескопы, отмечает Киппинг. Взять хотя бы тот же «Джеймс Уэбб», которого все никак не достроят. А ведь на него уже потрачено более 10 миллиардов долларов. Его запуск уже множество раз переносили, с каждым разом раздувая бюджет.

По мнению Киппинга, строить большие наземные и космические телескопы совсем не обязательно. Ведь в гигантский телескоп можно превратить саму Землю. Предложенная им идея нового инструмента носит название «терраскоп». Согласно расчетам автора, опубликованным на сайте arXiv.org, этот терраскоп может быть гораздо эффективнее всех ныне существующих наземных и космических телескопов в тысячи раз и при этом будет стоить существенно меньше денег при строительстве.

О том, что испускаемый свет космических объектов способен преломляться (изменять свое направление) под воздействием источника очень мощной гравитации (звезд, черных дыр, галактик, галактических скоплений и прочее), ученые узнали еще в начале прошлого века. Этот эффект получил название гравитационной линзы. Явление очень похоже на то, как обычная линза искривляет направление движения лучей света, отсюда и взялось это название. Современные астрономы нередко прибегают к использованию метода гравитационного линзирования. Ведь он позволяет обнаружить объекты на очень больших расстояниях, находящихся за гравитационной линзой, которые невозможно обнаружить обычными методами наблюдения. Дэвивид Киппинг еще 30 лет назад доказал, что гравитация – не единственный источник преломления света.

Изменять направление света может и плотная атмосферы планеты, как у нашей Земли, говорит Киппинг. Это можно использовать, чтобы превратить Землю в планетарную линзу. Попадая в верхние слои атмосферы нашей планеты свет условной звезды или галактики может преломляться под небольшим углом и не опускаться к поверхности, а проходить дальше в пространстве, фокусируясь в определенной точке области космоса. Киппинг рассчитал, как именно преломляется, где именно фокусируется этот свет и рассказал, как можно его использовать.

 

Киппинг предлагает разместить в этом месте фокусировки света небольшой космический аппарат – тот самый терраскоп. Он будет играть роль детектора преломленных через атмосферу Земли световых волн. По мнению астрофизика, использование терраскопа позволит не только отойти от необходимости траты огромных денег на строительство больших телескопов, но и будет очень выгодно с научной точки зрения.

Согласно расчетам ученого, если разместить терраскоп размером с космический телескоп «Хаббл» (2,4 метра) в оптимальной точке на орбите нашей планеты, то его можно будет превратить в аналог наземного или космического телескопа, разрешающая способность которого будет увеличена в 22,5-45 тысяч.

По оценке Киппинга, телескоп такой мощности позволит астрономам не только наблюдать за самыми далекими галактиками и звездами, но и в деталях (вплоть до поиска признаков жизни) изучать планеты, вращающиеся вокруг чужих звезд, а также их луны.

Ученый признает, что в его идее имеются недостатки и многие нерешенные моменты. В конце концов это только концепция. Например, Киппинг соглашается с тем, что планетарная линза будет пропускать не все виды инфракрасного и видимого света к детектору. Их часть будет поглощаться облаками и содержащимися в них молекулами воды, а также пылью и другими частицами. Кроме того, на точность наблюдений могут влиять лучи света нашего Солнца.

Для частичного решения проблемы он предлагает разместить детектор световых волн в месте, где находится граница воздействия притяжения Земли. В таком случае получится наблюдать за световыми волнами, которые будут преломляться в атмосфере планеты на высоте около 14 километров. На такой высоте большинство подобных помех можно будет избежать. По оценке Киппинга, уровень потери световых волн звезд, поступающих на телескоп составит в таком случае всего около 8 процентов.

Кроме того, астрофизик отмечает, что проводил свои расчеты только для оптического и инфракрасного терраскопа. Если создать аппарат, который будет работать только с радиоволнами, то облака и другие виды помех для него уже не будут представлять никакой проблемы.

Другим недостатком терраскопа, говорит автор идеи, является ограниченность одновременных наблюдений. С помощью терраскопа получится наблюдать за светом звезд, которые будут находиться в тот или иной момент за нашей планетой. Решить вопрос можно будет путем использования сразу нескольких компактных космических детекторов световых волн, расположенных вокруг планеты.