Астрономы и атмосфера Земли — заклятые враги. Звездочеты хотят получить четкую и ясную картинку своих небесных целей, а ветры и облака рассеивают и блокируют звездный свет таким образом, что могут помешать даже самым точным измерениям. Откровенно говоря, астрономы вообще хотели бы, чтобы на Земле не было атмосферы — если бы можно было дышать как-то по-другому. Хотя бы во время ночных наблюдений за небом. Космический телескоп Хаббла и другие гигантские обсерватории, плавающие над нашей планетой, могут подниматься выше атмосферы, но стоимость их создания просто астрономическая.

И вот, не так давно ученые решили, что атмосфера Земли могла бы сыграть им на руку и стать благом для астрономии, способствуя усилению звездного света таким образом, чтобы уменьшить необходимость в гигантских телескопах на земле и в космосе. Астрономы крайне нуждаются в такой экономии денег, усилий и улучшении способностей наблюдения за звездами. Как это сделать?

Как астрономы открывают новые звезды

Самый очевидный способ сделать новое открытие — это заглянуть еще глубже в космос, чтобы увидеть там тусклые объекты. Для этого астрономам нужны гигантские зеркала, способные собирать в себя максимальное количество звездного света. Загвоздка в том, что такая стратегия очень быстро становится дорогой. 25-метровый Гигантский Магелланов телескоп, построенный в Чили, обойдется в 1 миллиард долларов. 6,5-метровый Космический телескоп им. Джеймса Вебба, который в настоящее время готовится к запуску в 2021 году, стоит 10 миллиардов долларов.

Астроном из Колумбийского университета Дэвид Киппинг, автор одной из последних научных работ на эту тему, предлагает построить «терраскоп», который будет всего 1 метр в диаметре, но сможет собирать столько же света, сколько и 150-метровое зеркало.

«Потенциал огромный», говорит Киппинг. «Вы сможете обнаруживать горные гряды на экзопланетах. Можно будет обнаружить самые слабые источники света во Вселенной».

По словам Киппинга, терраскоп мог бы даже найти следы разумной жизни за пределами нашей Солнечной системы.

Как будет работать терраскоп размером с Землю

Ключом всему этому станет атмосферное преломление. Это искривление света во время его входа в атмосферу Земли из космоса. Вы знакомы с этим явлением, поскольку видите, как меняется цвет неба во время заката. В определенных ситуациях преломление может сосредоточить огромное количество света в небольшой области и устранить необходимость создания гигантской структуры для его сбора. В частности, свет от далеких источников может преломляться в верхней части атмосферы с образованием конуса вокруг Земли и проецировать лучи, которые будут собираться в точке космоса чуть ближе, чем Луна, и затем вытягиваться в прямую линию.

Выглядит это примерно так:

Терраскоп

Наблюдатель на этой линии видел бы удаленный источник света непосредственно за Землей в виде яркого кольца. Оно будет усилено примерно в 22500 раз за счет преломления нашей планетой. 

«Такого огромного усиления никогда не смог бы добиться земной телескоп», говорит Джин Шнайдер, физик Парижской обсерватории.

Создание, запуск и отправка однометрового терраскопа в точку орбитальной стабильности чуть ближе, чем Луна, будут очень простыми с современными технологиями. Единственная проблема — финансирование.

Атмосферное линзирование поможет увидеть свет далеких звезд

Киппинг не первый, кто предлагает такую концепцию. Атмосферное линзирование обсуждалось еще в 1979 году.

«В некотором смысле, эта идея всегда была с нами», говорит он. «Смысл моей работы был в том, чтобы подчеркнуть, что эта восхитительная возможность заслуживает большего внимания».

«Хотя предстоит выяснить еще много деталей, это пример инновационного мышления, которое может привести к научному прорыву. Соотношение бюджета и риска оправдано», говорит Мартин Элвис, астрофизик Гарвардского университета, который выступает за новые идеи, способные сократить стоимость создания телескопов.

Телескоп им. Джеймса Вебба, самый большой космический телескоп, созданный на Земле

Телескоп им. Джеймса Вебба, самый большой космический телескоп, созданный на Земле

Терраскоп может быть не только телескопом, говорит Киппинг. Учитывая его характер больше передатчика, чем детектора, процесс усиления сигнала можно обратить: волны света идет к Земле, преломляются через верхнюю атмосферу и пересобираются на другой стороне. В результате получается узкий луч, который может передавать сообщения другим планетам. Поскольку другие планеты в нашей Солнечной системе также обладают преломляющими свет атмосферами, «можно создать межпланетную сеть связи — Интернет по всей Солнечной системе».

Что мешает создать межпланетный Интернет?

Подводных камней во всей этой затее несколько. Во-первых, расчеты Киппинга очень предварительные; они полагаются на упрощенные атмосферные модели, которые не в полной мере учитывают реальные переменные, такие как высокогорные облака. Таким образом, производительность терраскопа может не соответствовать оценкам, предложенным в его статье. А поскольку атмосферное преломление усилит только свет объектов, точно выровненных таким образом, чтобы оказаться за Землей с точки зрения терраскопа, одно такое устройство сможет исследовать лишь небольшую часть неба. Запуск нескольких детекторов решил бы эту проблему, но усугубит финансовую часть затеи, а ведь именно финансовый вопрос она пытается решить в первую очередь.

И все же, потенциал терраскопа может быть слишком хорошим, чтобы его игнорировать. Идея создания 100-метрового телескопа в космосе очень заманчива.