Wat als we een foto konden maken van een aardachtige planeet rond een andere ster die scherp genoeg was om continenten te zien, oceanen, en wolken?

Direct, het is onmogelijk. Vanaf ons uitkijkpunt, exoplaneten - planeten die om andere sterren draaien - zien eruit als vuurvliegjes naast schijnwerpers. Op de paar foto's die we van ze hebben kunnen maken, de exoplaneten zijn slechts stippen. Zelfs nu de volgende generatie ruimtetelescopen online komt, dit zal niet veranderen - je hebt een 90 kilometer brede telescoop nodig om oppervlaktekenmerken te zien op een planeet op 100 lichtjaar afstand.

Een groep onderzoekers heeft een gedurfd plan om deze moeilijkheden te overwinnen. Het gaat om het gebruik van ruimtevaartuigen met zonnezeilen - mogelijk een hele vloot ervan - om sneller en verder weg van de aarde te vliegen dan enige eerdere ruimtesonde, omdraaien, en gebruik de zwaartekracht van onze verre zon als een gigantisch vergrootglas. Als het werkt, we zullen een opname maken van een exoplaneet die zo scherp is dat we objecten van slechts 10 kilometer breed kunnen zien.

Het project, genaamd de zonne-zwaartekrachtlens, of SGL, klinkt als iets dat rechtstreeks uit sciencefiction komt. NASA en een verzameling universiteiten, lucht- en ruimtevaartbedrijven en andere organisaties zijn betrokken, evenals de medeoprichter van Planetary Society, Lou Friedman, de oorspronkelijke zonne-zeilgoeroe.

"Ik ben altijd enthousiast om te proberen iets te laten gebeuren dat op geen enkele andere manier kan gebeuren, " zei Friedman, een consultant voor het SGL-project die een NASA-inspanning in de jaren 70 leidde om een ​​ruimtevaartuig op zonne-energie naar de komeet van Halley te sturen. "De hele reden dat we begonnen met zonnezeilen bij The Planetary Society was omdat het ons in staat stelde de eerste stappen te zetten naar interstellaire verkenning. Onze LightSail werkte echt goed, en het succes ervan geeft vertrouwen en geloofwaardigheid aan het idee om door het zonnestelsel te zeilen."

Het plan kent veel hindernissen, maar de uitbetaling zou ongelooflijk zijn, zei Slava Turyshev, een fysicus bij NASA's Jet Propulsion Laboratory die het voortouw neemt in het Solar Gravity Lens-project.

"Binnen onze zonnewijk, die we classificeren als binnen 100 lichtjaar, we hebben verschillende exoplaneten geïdentificeerd die zich mogelijk in de bewoonbare zone van hun ster bevinden, " zei Turyshev, verwijzend naar de niet al te hete, niet te koud gebied rond een ster waarin vloeibaar water zou kunnen bestaan. "En nu hebben we de vraag, wat zouden we doen als we iets zouden vinden dat wijst op de aanwezigheid van leven op een exoplaneet? Kunnen we daarheen reizen, of in ieder geval zien?"

Hoe het werkt

Albert Einstein voorspelde meer dan een eeuw geleden het idee dat zwaartekracht licht kan buigen en vergroten, een concept dat bekend staat als zwaartekrachtlensing. Vanuit het oogpunt van een waarnemer, licht van een ver object dat dichtbij een massief object op de voorgrond komt, wordt vervormd en vergroot, mits de waarnemer op de goede plek zit, bekend als het brandpunt. Het is vergelijkbaar met de manier waarop u een camera kunt scherpstellen door de juiste afstand tot uw doel te vinden, in plaats van de focus van de camera aan te passen.

De Hubble-ruimtetelescoop en andere observatoria hebben dit fenomeen gezien:piekerige bogen en ringen van verre sterrenstelsels, vervormd en vergroot door de zwaartekracht van nabije sterrenstelsels.

De onderzoekers achter het SGL-project zeggen dat we hetzelfde kunnen doen voor exoplaneten:we hoeven alleen maar naar het brandpunt te reizen. Voor een exoplaneet op 100 lichtjaar afstand, het brandpunt is 97 miljard kilometer (60 miljard mijl) verwijderd - 16 keer verder van de zon dan Pluto. reiziger 1, die zich verder in de ruimte heeft gewaagd dan enig ander door mensen gemaakt object, heeft slechts ongeveer 20 miljard kilometer (13 miljard mijl) afgelegd, en het kostte het ruimtevaartuig 40 jaar om daar te komen.

De oplossing om er sneller te komen? Zonne zeilen.

Zonnezeilen vangen het momentum van het licht van de zon op en gebruiken dat momentum als voortstuwing. Met behulp van deze technologie, een SGL-ruimtevaartuig zou dicht bij de zon vliegen, snelheid oppikken en zichzelf naar de buitenste regionen van ons zonnestelsel werpen, het maken van de reis in slechts 25 jaar.

In plaats van de grote, zware ruimtevaartuigen die in het verleden werden gebruikt, de onderzoekers zien kleine, veerkrachtige sondes die raketten naar de ruimte kunnen vangen met andere missies om de lanceringskosten te verlagen. Een mogelijkheid is om zwermen CubeSats ter grootte van een brood te gebruiken, gelijk aan LightSail 2, die zichzelf zou kunnen assembleren om een ​​grotere, enkel optisch systeem. Als het ruimtevaartuig goedkoop genoeg is, missies kunnen naar de brandpunten voor meerdere exoplaneten worden gestuurd.

In het focusgebied, het licht van de exoplaneet zou worden uitgesmeerd in een cirkel die bekend staat als een Einstein-ring. De ring zou 2 delen bevatten. Een deel zou komen uit een enkele, 10-bij-10-kilometer-gedeelte van de exoplaneet en levert slechts een enkele pixel op in het uiteindelijke beeld. Het deel zou licht van de rest van de exoplaneet bevatten. Terwijl het ruimtevaartuig door het brandpuntsgebied raast, het zou moeten bewegen met behulp van miniatuur-ionen-stuwraketten - zonlicht zou te zwak zijn voor zonnezeilen op deze afstand - om het deel van de exoplaneet in focus te veranderen.

Met de juiste optiek het nemen van 1 miljoen foto's van de ringen vanaf verschillende locaties zou een foto kunnen opleveren die lijkt op die van de maan door de Apollo 8-astronauten in 1968, en vang oppervlaktekenmerken zo klein als 10 kilometer breed.

Is het haalbaar?

De technologische uitdagingen voor SGL zijn enorm, op zijn zachtst gezegd. Voor starters, er is een kwestie van nauwkeurige navigatie, communicatie over lange afstanden, en de noodzaak van een zonnescherm om te voorkomen dat het licht van onze eigen zon de telescoop binnendringt. Er zou ook een coronagraaf nodig zijn om het licht van de ster van de exoplaneetouder te blokkeren.

NASA gelooft genoeg in het concept om het onlangs een subsidie ​​van $ 2 miljoen te hebben toegekend van zijn NIAC-programma (NASA Innovative Advanced Concepts). NIAC, die al sinds 1998 bestaat, verstrekt startkapitaal om innovatieve ideeën van de tekentafel te krijgen. SGL is slechts de derde studie in de geschiedenis van het programma die de derde fase van het project bereikt.

Het succes van het project ligt misschien in het diverse team, een unieke aanpak voor NIAC-projecten. De gezamenlijke inspanning omvat verschillende onderzoekers van JPL en meerdere universiteiten, inclusief UCLA, de Universiteit van Arizona, en Wesleyan Universiteit. Ruimtevaartbedrijven The Aerospace Corporation en NXTRAC Inc. zijn betrokken, die beide gespecialiseerd zijn in missieontwerp en technische analyses. Deze multi-organisatorische inspanning brengt de nieuwste technologische innovaties samen, zoals baanbrekende technologieën in zonnezeilen, kunstmatige intelligentie, nanosatellieten, en formatievliegen.

"Een missie als SGL kan leiden tot een transformatie in hoe we de ruimte verkennen, " zei Thomas Heinsheimer, de technische co-lead voor de SGLF-missie van de samenwerkende Aerospace Corporation, "van het grote kostbare ruimtevaartuig dat ons in het verleden goed heeft gediend, tot zwermen kleine vaartuigen, samenwerken, om nieuwe ontdekkingen ver van de aarde te doen. SGL creëert een verkenningsarchitectuur voor veel ruimtevaartorganisaties om samen te werken aan het beantwoorden van een inspirerende vraag:"Are We Alone in the Universe?"

Turyshev denkt dat de huidige generatie deze vraag kan beantwoorden, waarbij SGL als 'brandpunt' dient om de ruimtevaartindustrie te helpen transformeren in een meer coöperatieve onderneming.

"SGL zou dat punt kunnen bieden voor meerdere technologische inspanningen om ons echt naar voren te trekken om die eerste stap buiten het zonnestelsel te maken, " zei hij. "De benodigde technologieën bestaan ​​al, maar de uitdaging is hoe je die technologie kunt gebruiken, hoe ze hun ontwikkeling kunnen versnellen, en vervolgens hoe u ze het beste kunt gebruiken. Ik denk dat we aan het begin staan ​​van een spannende periode in de ruimtevaartindustrie, waar het praktisch zou zijn om naar SGL te gaan, en wetenschappelijk spannend."