Как использовать Солнце для наблюдений за экзопланетами

— Вячеслав, когда мы общались с вами несколько лет назад, вы занимались решением знаменитой аномалии «Пионеров» и в итоге нашли объяснение той космической «чертовщине». Тогда у меня сложилось впечатление, что вас привлекают красивые астрофизические задачи. Сегодня здесь, на 7-м Московском симпозиуме по исследованию Солнечной системы, вы рассказали о дерзком космическом проекте — использовании Солнца как гигантской линзы для наблюдения экзопланет. Это новая задача, которая вас увлекла?

— Да, это одна из тем, над которой я работаю, это действительно красивая задача, поскольку она связана не только с прикладными аспектами теории относительности, но и с поиском жизни во Вселенной. И неожиданный способ решения этой задачи связывает между собой очень много областей физики. Например, я неожиданно понял, что уравнения, описывающие гравитационную линзу,

очень похожи на уравнения, которые решал Резерфорд для описания рассеяния электронов на ядре.

Мы получаем то же самое кулоновское рассеяние, тот же самый математический язык ядерной физики — волновое уравнение, в котором фаза решения описывается геодезическими линиями, что очень красиво и неожиданно.

— Идея использовать Солнце как гравитационную линзу возникла еще до недавнего открытия наделавшей шума экзопланеты у соседней звезды Проксимы Центавра?

— Моя первая статья на эту тему вышла в 2003 году. Но тогда я отнесся к этому скептически. Оказалось, что необходимо было несколько вырасти, чтобы начать задумываться об этом. Пару лет назад я стал понимать, что идея вполне реальна, технологии почти готовы, физика, стоящая за ней, интересна. Ранее не стояло задачи получить изображение экзопланет, а сейчас мы понимаем, что когда-то будет открыта планета, на которой подтвердится наличие жизни.

Но ни вы, ни я, никто другой в ближайшие лет триста туда не полетит.

Тем не менее построить изображение такой планеты, получить фотографию в режиме реального времени вполне реально, и это здорово, потому что вовлекает в решение задачи новых исследователей и заставляет подтянуть технологии.

— Используя то, что природа сама подарила нам?

— Конечно! Нам это подарила природа, эта линза есть, так давайте учиться с ней работать, Солнце не надо бояться, его надо использовать, ведь никаких эквивалентов у нас нет. Мы предлагаем отправить на определенное расстояние от Солнца небольшой телескоп. Он сможет принимать сфокусированные лучи на расстоянии 547 астрономических единиц (1 а.е. равна расстоянию от Земли до Солнца) и дальше.

С помощью Солнца мы получим прямые изображения экзопланет, и для этого нам не придется фокусироваться на ее родной звезде, ее свет не будет нам мешать.

— Но согласно теории относительности, мы должны будем видеть не саму планету, а кольцо, или дугу, Эйнштейна?

— Естественно, это будет эйнштейновское кольцо, в котором будет сосредоточена вся информация о планете. То есть нужно будет брать эту информацию, а затем, зная свойства нашей линзы, восстанавливать изображение самой планеты. Свойства Солнца мы хорошо знаем, мы можем рассчитать дифракционную картину, которую оно создает, поэтому восстановить изображение не представляет проблемы. Необязательно целью для такого телескопа должна быть именно Проксима b. Несмотря на то что это ближайшая от нас экзопланета, она претерпела приливной захват и почти не имеет вращения.

Мы говорим о том, что когда-то будет найден целый спектр планет в обитаемой зоне, и лишь часть из них будут иметь признаки жизни, например наличие определенных газов в атмосфере, из которых мы выберем цель для телескопа. Прошло время миссий, которые делают обзоры звездного неба или каталоги подобных объектов. Ведь когда мы их находим, то следующий этап — их изучение.

Да, запускать телескоп для одной цели — слишком дорого, но, извиняюсь, другого пути нет.

Мы надеемся, что наш телескоп мог бы проработать в этой зоне несколько лет — находясь на расстоянии от 500 до 1000 астрономических единиц. При этом изображение планеты мы сможем построить в течение месяца и передавать дальше эту информацию на Землю.

— Но если самая далекая планета вращается вокруг звезды, не будет ли это мешать ее наблюдению при помощи такой линзы?

— Конечно, сложности возможны, вероятно, это придется решить запуском не одного, а нескольких телескопов, которые будут компенсировать орбитальную скорость планеты.

Задача-то интересная, нам ведь захочется увидеть, как вращается планета, зажигается свет ее городов, очертания континентов, как меняется снежный или растительный покров и так далее.

Никто ранее не считал волновую оптику подобных наблюдений, мы это сделали, теперь ясна сама физика процесса, теперь надо думать, как строить изображение.

— Как количественно оценить преимущество, которое даст астрономам Солнце в качестве линзы?

— Солнце как телескоп будет иметь увеличение 10¹¹, что аналогично телескопу диаметром 80 км на Земле. Получается, что к блеску планеты Солнце нам дарит бесплатно примерно 26 звездных величин.

— Какой статус имеет эта концепция, пока речь идет лишь о проработке далеких перспектив?

— Лаборатория реактивного движения NASA запускала «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Запускать «Вояджер-3» с теми же самыми магнитометрами и другими инструментами за пределы Солнечной системы не очень интересно — нужна новая интересная задача.

И пока нет достойной мотивации для осуществления новой серьезной миссии. И оказывается, что линза обеспечивает ту самую необходимую цель: мы отрабатываем новые технологии, мы можем заниматься этим уже сейчас. Скоро мы будем находить все больше и больше планет земного типа с возможными признаками жизни — да, это большой этап.

Но что дальше — продолжать смотреть на них однопиксельными приборами?

Поэтому в JPL (NASA Jet Propulsion Laboratory) начинают понимать, что линза — возможно, тот самый шаг, ступень, которой всем так не хватало. Как туда лететь? Есть много вариантов: и традиционный химический двигатель, и солнечный парус, и другие варианты. «Вояджеру» потребовалось 40 лет, чтобы пролететь 130 астрономических единиц. Сейчас есть технологии, позволяющие достигать такие расстояния гораздо быстрее. Главное — есть задача и цель, которая бы объединяла людей, а двигаться к ним можно и нужно разными путями.