星际引力透镜有望使银河互联网成为可能
意大利国际宇航科学院技术总监克劳迪奥·麦康日前发表论文称:引力透镜有使银河互联网成为可能。
目前,人类在太阳系当中的太空探测器主要采用“深空网络”进行通信。它利用分布于各地的天线站,组成一个综合的探测通讯网络。
每个站都有一个70米大的天线,这么大的无线电天线是有必要的,原因是来自太空探测器的信号相当微弱,并且随着距离的增加,它们发出的信号会变得越来越微弱。
对于星际距离而言,无线电信号是一个不错的选择,因为无线电信号可以以相对较低的功率发送大量数据。但是,无线电的缺点是,由于其波长较长,因此很难将其聚焦在一个方向上。我们可以将一束狭窄的激光束对准特定的恒星,但我们不能轻易地将一束狭窄的无线电束聚焦。而且,无线电信号将很难满足跨光年尺度上的传输。
如果更远的距离,人类将需要一个星际通信网络,我们可以将其称为银河系互联网。
爱因斯坦的广义相对论为银河系互联网提供了理论基础。太阳的引力透镜现象是爱因斯坦的广义相对论所预言的一种众所周知的天体物理学现象。它意味着,如果我们可以沿任何远离太阳的径向方向发送探测器,直到550个天文单位,甚至更远距离,那么,太阳的质量将充当巨大的放大镜,让
人类能够探测到很远地方的详细无线电图。
为了建造这样的“星际引力望远镜”,需要将探测仪器放置在太空中的某一点,太阳的引力在该点会聚焦来自遥远恒星的透镜光。
科学家认为,这个想法不仅可行,而且还会产生将遥远的恒星与其他系外行星区分开来的图像。使用太阳作为镜头将产生出更大的放大倍率。
天文学家可以从系外行星30视差(约100光年)的距离获得1000 x 1000像素的图像,而不是一两个像素分辨率的相片。这意味着行星表面的分辨率能够放大到10公里,远比目前哈勃太空望远镜在火星上看到的分辨率要好,这将使科学家能够分辨出遥远星球大陆和其它表面特征。
这种引力望远镜还可以对系外行星进行光谱分析,这将使研究人员能够识别出大气中的气体。系外行星科学将取得巨大飞跃,并且可以识别出可居住的行星,甚至可能是生命的迹象。
需要注意的是,星际引力透镜的仪器必须与太阳至少相距550个AU天文单位(1 AU是从太阳到地球的距离),这一位置完全进入了星际空间。
迄今为止,到达星际空间的航天器是旅行者1号,在39年当中,跑了大约137个天文单位。因此,我们需要一种速度至少要快10倍的航天器去放置仪器,不过,这是当前技术所能及的。
利用这一理论,太阳和任何银河系其它恒星之间还可以用所谓“无线电桥”进行通讯,它是由太阳和该恒星的两个引力透镜构成的。这种无线电桥的对准要求严格,但是,由于两颗恒星组成的透镜对整体天线增益的巨大贡献,其节省的功率是巨大的。
科学家研究了五种类型的无线电桥:太阳-半人马座α无线电桥;太阳-巴纳德星无线电桥;太阳-天狼星A无线电桥;太阳与位于银河系圆盘内的任何一颗类太阳恒星之间的无线电桥;太阳与位于仙女座星系内部的类太阳恒星之间的无线电桥。
图二:太阳引力透镜的几何形状,小焦距为550个AU天文单位(=3.17个光日=冥王星轨道以外的13.75倍),探测器位置超过小焦距。
图三:五种无线电桥的带宽
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