Как общая теория относительности Эйнштейна может помочь ярко представить странные миры

Канун Рождества 1968 года. Астронавт Аполлона-8 Билл Андерс сделал фотографию, которая вскоре изменит представление человечества о Вселенной. Это была фотография Земли, но с точки зрения Луны.

Когда вы смотрите на это изображение, на вас смотрит хрупкая планета, летящая над лунным горизонтом, как бирюзовый восход солнца. Это близкое сходство принесло картине Андерса идеальное название: «Восход Земли».

Восход Земли, сделанный во время первого пилотируемого полета вокруг Луны Аполлона-8.

Билл Андерс / НАСА

С тех пор, как Андерс сделал снимок с космического корабля, вращающегося вокруг Луны, ученые получили совершенно потрясающие изображения скалистых колец Сатурна. Лазурные цвета Нептуна даже Оранжевые мраморные полосы для Юпитера – Но эти образы едва касаются поверхности планетарного сообщества Вселенной.

Есть тысячи других инопланетных миров, которые плавают за пределами нашей Солнечной системы, но они остаются скрытыми от человеческого глаза, потому что расположены в световых годах от нас. Наши телескопы слишком далеки от того, чтобы запечатлеть ее красоту. Они появляются только как туманные пятна света – если они вообще появляются.

Однако вскоре эти туманные экзопланеты могут оказаться в центре внимания. Во вторник в The Astrophysical Journal группа исследователей из Стэнфордского университета обрисовала в общих чертах концепцию футуристического телескопа, который теоретически может захватывать изображения чужих небесных тел с достаточной четкостью, чтобы соперничать даже со знаменитым «Восходом Земли» Андерса.

Его называют «гравитационный телескоп».

heic2113ahubble2021

Планеты на этом изображении не могут быть измерены. Хаббл показывает изображения экзопланет 2021 года, на которых Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун простираются слева направо.

НАСА, Европейское космическое агентство и а. Саймон (Центр космических полетов Годдарда), М. Х. Вонг (Калифорнийский университет, Беркли) и Team Opal

«С помощью этой технологии мы надеемся получить изображение планеты на расстоянии 100 световых лет, которое будет иметь тот же эффект, что и изображение Земли, сделанное Аполлоном-8», — заявил соавтор исследования Брюс Макинтош. Макинтош — профессор физики Стэнфордского университета и заместитель директора Института астрофизики элементарных частиц и космологии Кавли.

Исследователи говорят, что телескоп будет работать, используя умопомрачительное явление, называемое гравитационным линзированием.

Гравитационная линза? Что это?

Короче говоря, гравитационное отражение относится к тому факту, что свет всплывать со звезд Или другие космические объекты, претерпевающие искажения и искажения при прохождении гравитационно-плотного сверхмассивного космического объекта.

Причина, по которой это происходит, связана с общей теорией относительности, хорошо зарекомендовавшей себя теорией гравитации, впервые предложенной Альбертом Эйнштейном в начале 20 века. Мы не собираемся слишком углубляться в общую теорию относительности, потому что это, ну, потребовало бы совсем немного выжигающей мозги физики, которую я оставлю на другой раз.

Что касается гравитационных линз, вам просто нужно знать, что общая теория относительности указывает на то, что пространство и время взаимосвязаны, как гигантский кусок пластичной ткани. Эта ткань может сгибаться и скручиваться, как ваша одежда, и это происходит в основном, когда в ней что-то есть.

Скопления галактик искажают его как никто другой, черные дыры сильно искажают, Земля немного искажает, луна немного искажает, и даже вы очень мало искажаете. Все искажает его, но чем он больше, тем сильнее он искривляется.

5927ч -0

На этом изображении гравитационная линза искажает свет от галактик. Вот почему они выглядят как пятна или полосы.

НАСА/Европейское космическое агентство/К. Шарон / Э. линия горизонта

Что еще более важно для гравитационных линз, когда свет проходит через одно из этих торсионов, создается своего рода эффект увеличительного стекла. Как правило, астрономы используют этот эффект вокруг наиболее искаженных областей — обычно скоплений галактик — для того, чтобы «приблизить» несколько отдаленные объекты. Гравитационная линза дает им гораздо лучшее изображение того, на что они смотрят.

Концепция гравитационного телескопа работает с той же идеей, но с некоторыми модификациями.

характеристики гравитационного телескопа

Первое отличие заключается в том, что исследователи предлагают использовать в качестве источника искажения для гравитационного телескопа наше Солнце, а не обычную группу галактик. Во-вторых, гравитационный телескоп требует дополнительного шага, аналогичного методу Шерлока Холмса.

Согласно исследовательскому документу, устройство сначала будет захватывать свет экзопланеты, искривленной солнцем (стандартный материал гравитационной линзы), но затем солнечная гравитационная линза телескопа будет использовать световые данные, чтобы работать в обратном направлении и фактически реконструировать то, как выглядит экзопланета. первое место.

та да.

Чтобы проиллюстрировать, как это работает, исследователи использовали изображения Земли, сделанные спутником Dscovr. Этот космический аппарат расположен между нашей планетой и Солнцем, поэтому идеально подходит для тестирования теоретического гравитационного телескопа.

Команда прогнала изображения нашей планеты через компьютерную модель, чтобы увидеть, как Земля будет выглядеть из-за эффектов гравитационного отражения Солнца. Затем они разработали и использовали алгоритм для «развертывания» света или деконволюции света и запуска процесса реконструкции.

Короче говоря, вам это удалось.

Пример реконструкции Земли с использованием светового кольца вокруг Солнца, проецируемого солнечной гравитационной линзой. Алгоритм, который позволяет эту реконструкцию, можно применить к экзопланетам для получения суперизображений.

Александр Мадурович

Об этом говорится в заявлении докторанта Института астрофизики и космологии им. Кавли и соавтора исследования Александра Мадуровича. «Это позволит исследовать подробную динамику атмосфер планеты, а также распределение облаков и свойства поверхности, которые у нас сейчас нет возможности проверить».

Он добавил: «Научный потенциал — это нераскрытая тайна, потому что он открывает новые возможности наблюдения, которых еще не существует».

Без гравитационного линзирования команды нам понадобился бы телескоп в 20 раз больше Земли, чтобы получить изображение экзопланеты со сверхвысоким разрешением, но с гравитационным объективом, по словам команды, это сделает телескоп размером с Хаббл.

Есть большое предупреждение

Чтобы все это работало, гравитационный телескоп должен быть как минимум в 14 раз дальше от Солнца, чем Плутон. Ага.

Авторы исследования писали, что это «потребует чрезвычайного терпения при использовании обычных и современных ракетных технологий» со временем полета около 100 лет или достижений в области двигателей для достижения большей скорости вылета, таких как солнечный парус.

Другими словами, гравитационному телескопу потребуется почти столетие, чтобы добраться туда, где он нам нужен. солнечные паруса как этоможет сократить время в пути примерно до 20 или 40 лет, но солнечные паруса используются далеко не регулярно.

Тем не менее, исследователи говорят, что они мотивированы более серьезными последствиями, если однажды сделать потрясающие фотографии экзопланет. Например, они могут быть очень полезны при поиске доказательств существования внеземной жизни.

Как могут выглядеть великолепные, красочные экзопланеты для исследовательской группы во Вселенной.

Концептуальное изображение художника о 25 экзопланетах, скрывающихся за пределами нашей Солнечной системы. Возможно, с помощью гравитационного телескопа мы сможем их сфотографировать.

ЕКА/Хаббл, Н. Бартманн

«Это один из последних шагов в выяснении, есть ли жизнь на других планетах», — сказал Макинтош. «Сфотографировав другую планету, вы можете посмотреть на нее и, возможно, увидеть зеленые участки, которые являются лесами, и голубые пятна, которые являются океанами, однако трудно сказать, что на ней нет жизни».

И я думаю, что для моих коллег-планетологов-любителей фотография экзопланеты изменит нашу экзистенциальную перспективу — как когда-то восход Земли изменил человечество.

Тем не менее, нет сомнения, что взгляд на восхождение земли вызывает в нас странное чувство; Ощущение неверия, что мы путешествуем по вселенной на гигантском круглом корабле.

Что мы почувствуем, когда взглянем на все остальные гигантские круглые корабли во вселенной?

Leave a Comment