Перші телескопи мали діаметр 20 мм і фокусну відстань близько метра. Новітні астрономічні інструменти, такі як гігант TMT, мають діаметр 30 м і фокусну відстань майже в півкілометра. Але як щодо телескопа, порівнянного за розмірами з Сонячною системою?
Ефект викривлення світлових променів масивним тілом був вперше передбачений Ейнштейном в 1912 році, ще до публікації ОТГ. У 1935 році чеський інженер Мандл написав Ейнштейну листа, в якому припустив, що близькі зірки можуть працювати як гравітаційні лінзи, викривляючи світло від більш далеких світил. У 1936 році в журналі Science було опубліковано відповідь Ейнштейна: він розвивав теорію подібної лінзи, але висловлював сумнів у можливості її експериментального спостереження через рідкість конфігурації і малої роздільної здатності оптичних інструментів. Ейнштейн помилявся.
Перстень Ейнштейна
У 1979 році група астрономів (Денніс Волш, Роберт Карсуелл і Рей Вейман) виявила за допомогою 2,1-метрового телескопа Національної обсерваторії Кітт-Пік в Арізоні подвійний квазар QSO 0957 + 561 A/B, причому обидва компоненти розташовувалися дуже близько і були схожі за характеристиками. Це виявився один квазар, «роздвоєний» за допомогою гравітаційного лінзування далекою галактикою. А в 1987 році Жаклін Х'юїт з MIT за допомогою радіотелескопа VLA вперше зареєструвала зображення далекого радіоджерела, перетворене за допомогою гравітаційної лінзи в так зване кільце Ейнштейна. Сьогодні відомо безліч гравітаційних лінз, що перетворюють далекі об'єкти на подвійні, в частини кілець, кільця і подвійні кільця.
Думка експерта
Клаудіо Макконе, керівник напряму космічних наукових досліджень Міжнародної академії астронавтики (IAA) та голова постійного комітету IAA з SETI (пошуку позаземного розуму): "Де б у космосі не були розумні істоти на зразок нас, вони будуть прагнути досліджувати Всесвіт. І вони, і ми хочемо пролити світло на найдальші куточки космосу. Для цієї мети ми будуємо все більш потужні телескопи різних типів. Але в міру накопичення знань будь-яка цивілізація починає розуміти, що природою дано їй великий дар: лінза настільки потужна, що ніяка прийнятна технологія не здатна повторити її або перевершити. Ця лінза - зірка цивілізації, в нашому випадку - Сонце. Гравітація будь-якої зірки викривляє простір, впливаючи на траєкторію будь-якої частинки або хвилі таким чином, що створює зображення об'єкта, як це роблять знайомі нам звичайні лінзи ". "Польоти і комунікації в глибокому космосі: Використання Сонця як гравітаційної лінзи "(2009)
Місія у фокус
Тим часом усі відомі сьогодні гравітаційні лінзи - це масивні галактики. Але ж зірки теж можуть працювати як гравітаційні лінзи. Найближчий гравітаційний фокус нашого Сонця (точка, з якої можна спостерігати кільце Ейнштейна навколо нього) знаходиться на відстані 550 а. е. Тому ще в 1979 році Вон Ешлеман зі Стенфордського університету запропонував концепцію космічного апарату, який можна було б відправити в «гравітаційний фокус» Сонця. Пізніше цю ідею розглядали багато відомих вчених, а в 1990-х в неї вдихнув нове життя італійський астроном Клаудіо Макконе, який запропонував місію FOCAL (Fast Outgoing Cyclopean Astronomical Lens) - відправку космічного апарату в гравітаційний фокус Сонця.
Ложка дихання
Втім, не слід очікувати запуску FOCAL в найближчі десятиліття. Враховуючи, що відправлений в 1977 році Voyager 1 за майже 40 років польоту досяг межі геліопаузи і знаходиться всього лише в 135 а. е. від Сонця, політ такого апарату триватиме понад 50 років, навіть якщо летіти саме до найближчої точки гравітаційного фокусу в 550 о.о. Це мінімальна відстань, але якщо ми дійсно хочемо розглянути що-небудь, потрібно використовувати більш широке кільце Ейнштейна, а для цього краще летіти ще далі, щоб позбутися від перешкод з боку сонячної корони (диск зірки можна закрити за допомогою коронографа або окультера, як це зроблено в сучасних сонячних телескопах). Але це далеко не єдина трудність. Існує велика проблема з наведенням апарату: щоб «повернути» такий телескоп на градус при мінімальному радіусі в 550 о.о., космічний апарат з системою реєстрації зображення повинен переміститися на 10 а. е, тобто на відстань від Землі до Сатурна. Фактично його можна використовувати для спостереження одного об'єкта, причому мета повинна бути обрана ще до запуску. Потенційним кандидатом може стати якась нещодавно відкрита екзопланета. Втім, розмір зображення планети величиною з Землю на відстані близько десяти світлових років у фокальній площині становить багато кілометрів.
Відображення смуг поверхні екзопланети на кільце Ейнштейна навколо Сонця
Зображення далекої планети за допомогою гравітаційного лінзування Сонцем представляється нам у вигляді кільця Ейнштейна. При цьому точка точно на оптичній осі відображається у внутрішнє коло. Будь-яка інша точка відображається двічі (дзеркально) - всередині і зовні центрального кола кільця. Існує дзеркальна невизначеність (неможливо відрізнити «ліво» від «право»), але її можна подолати, якщо точок спостереження багато. Саме кільце досить вузьке (2,5 кутової секунди на відстані 550 о.о.), але сучасні телескопи дозволяють розглянути таку картинку.
Одна замість тисяч
Однак можливості гравітаційної лінзи Сонця надзвичайно великі. В одній зі своїх книг Макконе пише: "Така лінза здатна формувати зображення, для яких нам знадобилися б тисячі звичайних телескопів. Вона здатна дати надзвичайно деталізовану картину далеких зірок і галактик. Можна тільки гадати, скільки гравітаційних лінз зараз сканують Всесвіт, збираючи потоки інформації ".