Ziemia może być soczewką dla rewolucyjnego teleskopu kosmicznego

Ziemia może być soczewką dla rewolucyjnego teleskopu kosmicznego
4.6 (91.33%) 30 votes


Astronomowie i atmosfera Ziemi są naturalnymi wrogami. Stargazerzy chcą wyraźnych, wyraźnych zdjęć swoich niebiańskich celów, podczas gdy wiatry i chmury rozpraszają i blokują światło gwiazd w sposób, który może przesuwać nawet najdokładniejsze pomiary. Pomijając niewielką niedogodność związaną z brakiem powietrza do oddychania, wielu badaczy wolałoby, aby nasza planeta w ogóle nie miała atmosfery – przynajmniej podczas swoich pożądanych nocy obserwacyjnych w światowej klasy teleskopach. Kosmiczny Teleskop Hubble'a i inne gigantyczne obserwatoria spoza świata mogą wznieść się ponad komplikacje atmosfery, ale kosztem, z braku lepszego słowa, astronomicznym.

Sugeruje teraz, że atmosfera Ziemi nie jest zmorą, ale może stać się dobrodziejstwem astronomii, służąc do wzmocnienia światła gwiazd w sposób, który zmniejsza zapotrzebowanie na ogromne (i niezwykle drogie) teleskopy na ziemi i w przestrzeni kosmicznej. Astronomowie bardzo potrzebują takich oszczędności, które podnoszą wydajność, ponieważ koszt budowy nowych supernowoczesnych obserwatoriów rośnie do niezrównoważonego poziomu.

Najbardziej oczywistymi sposobami dokonywania nowych odkryć jest zagłębianie się w niebo lub znajdowanie słabszych obiektów – które wymagają robienia coraz większych zwierciadeł, aby gromadzić jak najwięcej światła gwiazd. Ale ta strategia szybko staje się zbyt droga, ponieważ naukowcy domagają się lepszego, większego sprzętu: oczekuje się, że budowa prawie 25-metrowego Wielkiego Teleskopu Magellana w Chile będzie kosztować około 1 miliarda dolarów, a obecnie przygotowywany jest 6,5-metrowy Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba premiera w 2021 r. ma cenę zaledwie 10 miliardów dolarów.

David Kipping, astronom z Columbia University, autor artykułu, który zostanie opublikowany w Publikacje Astronomical Society of the Pacificmówi, że jego koncepcja może doprowadzić do „terrascope”, który przy zaledwie jednym metrze średnicy mógłby zebrać tyle światła, co 150-metrowe lustro. „Potencjał tego jest ogromny” – mówi Kipping. „Można było wykryć pasma górskie na egzoplanetach. Można wykryć najsłabsze źródła (światła) we wszechświecie. Terrascope, sugeruje Kipping, może nawet odsłonić oznaki życia lub nawet inteligencję poza naszym układem słonecznym.

Kluczem do tego wszystkiego będzie załamanie atmosferyczne, czyli sposób, w jaki światło ugina się, gdy wchodzi do ziemskiej atmosfery z kosmosu – zjawisko, które możesz znać najlepiej jako przyczynę kolorowych zachodów naszej planety. W niektórych sytuacjach załamanie światła może skupić ogromną ilość światła na niewielkim obszarze, co eliminuje potrzebę stworzenia gigantycznej struktury, która by to wszystko uchwyciła. W szczególności światło z odległych źródeł może załamać się w górnej atmosferze, tworząc stożek wokół Ziemi, emitując promienie, które łączą się w punkcie nieco bliższym niż księżyc, a następnie rozciągają się na zewnątrz w linii prostej.

Obserwator na tej linii widziałby odległe źródło światła bezpośrednio za Ziemią jako jasny pierścień, wzmocniony około 22 500 razy więcej niż gdyby nasza planeta nie załamała się, ocenia Kipping. „To ogromne wzmocnienie nigdy nie zostanie osiągnięte przez (a) wyprodukowany teleskop”, mówi Jean Schneider, fizyk z Obserwatorium Paryskiego. Dzięki dzisiejszej technologii zbudowanie, wystrzelenie i użytkowanie metrowego terrascopea w punkcie stabilności orbity nieco za Księżycem byłoby łatwe. Schneider mówi, że jedyną przeszkodą jest finansowanie.

Kipping nie jest pierwszym, który wymyślił tę koncepcję: przynajmniej tak zwane soczewkowanie atmosferyczne. „W pewnym sensie pomysł zawsze był z nami”, mówi. „Celem mojego artykułu było naprawdę podkreślenie tej ekscytującej możliwości, która zasługuje na dalszą uwagę.”

„Chociaż istnieje wiele szczegółów do wypracowania, jest to przykład innowacyjnego myślenia, które może prowadzić do przełomów naukowych w budżecie, w którym podejmowanie ryzyka ma sens”, mówi Martin Elvis, astrofizyk z Uniwersytetu Harvarda, który ma nowe pomysły na ograniczyć niekontrolowane koszty najnowocześniejszych teleskopów.

Kipping mówi, że terrascope może być czymś więcej niż teleskopem. W przypadku nadajnika zamiast detektora proces wzmacniania sygnału jest odwrócony: fale światła podróżują na Ziemię, załamują się w górnej atmosferze i ponownie skupiają się na drugiej stronie. Rezultatem jest wąska wiązka, która może wysyłać wiadomości na inne planety. Ponieważ inne planety w naszym Układzie Słonecznym również mają atmosferę załamującą światło, Kipping mówi: „możesz mieć międzyplanetarną sieć komunikacyjną – Internet w całym Układzie Słonecznym”.

Są pułapki. Po pierwsze, obliczenia Kippinga są bardzo wstępne; opierają się na uproszczonych modelach atmosferycznych, które nie uwzględniają w pełni zmiennych rzeczywistych, takich jak chmury na dużych wysokościach. Dlatego wyniki działania terrascope mogą być znacznie gorsze od szacunków przedstawionych w jego pracy. A ponieważ załamanie atmosferyczne poprawi jedynie światło obiektów precyzyjnie ustawionych tak, aby znajdowały się bezpośrednio za Ziemią, jak widać na terrascope, pojedyncze urządzenie będzie w stanie zobrazować tylko niewielką część nieba. Uruchomienie kilku detektorów złagodziłoby ten problem, ale Kipping zauważa, że ​​może to przeciwdziałać oszczędnościom kosztów, które sprawiają, że pomysł jest tak atrakcyjny.

Niektóre trudności są poważne. Slava Turyshev z NASA Jet Propulsion Laboratory twierdzi, że szacunki Kippinga dotyczące budowy wyraźnego obrazu są zbyt optymistyczne. Najważniejszym problemem Turysheva jest sposób, w jaki niechciane światło z Ziemi, słońca, księżyca, a nawet bliskości odległego celu zakłóciłoby obrazowanie. Mówi, że zapobieganie takiemu „hałasowi” przesłaniania „sygnału” odbieranego lub przesyłanego przez terrascope jest „bardzo trudne, jeśli nie niemożliwe”. Inną komplikacją jest sama natura refrakcji: stopień załamania światła w ziemskiej atmosferze jest funkcją długości fali lub koloru światła, co może łatwo prowadzić do zakodowanych zdjęć.

Kipping zgadza się, że przynajmniej jest wiele do zrobienia. „Takie pytania są dokładnie tym, co mam nadzieję, że przyszłe badania będą w stanie zrealizować”, mówi. Ale potencjał terrascope może być zbyt dobry, aby go zignorować: „Idea teleskopu w kosmosie klasy 100 metrów – a nawet większej – jest naprawdę kusząca” – mówi.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *