Φανταστείτε να είχαμε τη δυνατότητα να κατασκευάσουμε ένα τηλεσκόπιο στο μέγεθος του ηλιακού μας συστήματος. Ένα τέτοιο γιγάντιο όργανο θα μας επέτρεπε να δούμε μακρινά αντικείμενα με ανεπανάληπτη λεπτομέρεια, τις θάλασσες πάνω στις επιφάνειες εξωπλανητών, δακτυλίους γύρω από γίγαντες πλανήτες, μικρά φεγγάρια ή ακόμα και κομήτες σε μακρινά πλανητικά συστήματα. Μπορεί να ακούγεται επιστημονική φαντασία, αλλά υπάρχει η δυνατότητα να δημιουργήσουμε ένα τέτοιο “τηλεσκόπιο” εάν αξιοποιηθούν όσα γνωρίζουμε από τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας.
Το φαινόμενο των «βαρυτικών φακών» παρατηρείται συχνά σε φωτογραφίες βαθέος πεδίου (deep field), όπως η πρόσφατα δημοσιευμένη φωτογραφία του Διαστημικού Τηλεσκοπίου James Webb που φαίνεται παρακάτω. Τα αντικείμενα της φωτογραφίας με σχήμα δακτυλίων ή τόξων είναι γαλαξίες που δεν έχουν στην πραγματικότητα αυτή τη μορφή. Το φως τους, καθώς ταξιδεύει προς τη Γη, περνά κοντά από ουράνια σώματα με μεγάλη μάζα και καμπυλώνεται, με αποτέλεσμα η εικόνα που τελικά βλέπουμε να είναι παραμορφωμένη. Στην εν λόγω φωτογραφία (αριστερά), το αντικείμενο που προκάλεσε την καμπύλωση του φωτός είναι ένα σμήνος γαλαξιών, το οποίο λέμε ότι λειτούργησε ως «βαρυτικός φακός».
Εικόνες: NASA, ESA, CSA, and STScI και ESA/Hubble & NASA
Το 1979 παρουσιάζεται από τον Von Eshleman για πρώτη φορά η πρόταση να χρησιμοποιηθεί ο Ήλιος ως βαρυτικός φακός, ώστε να παρατηρηθούν εξωπλανήτες με πρωτοφανή διακριτική ικανότητα. Το πρόγραμμα SGL (Solar Gravitational Lens) έχει λάβει χρηματοδότηση από τη NASA, στο πλαίσιο του NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC), και βρίσκεται στην τρίτη φάση του από το 2020. Στόχος του είναι η κατασκευή διαστημικών τηλεσκοπίων, που θα μπορούν να μετακινούνται στα κατάλληλα σημεία, όπου συγκεντρώνονται οι καμπυλωμένες από τον Ήλιο ακτίνες φωτός κάθε εξωπλανήτη, και θα καταγράφουν την εικόνα του σε δακτυλιοειδή μορφή. Στη συνέχεια, με κατάλληλη επεξεργασία, θα προκύπτει η πραγματική μορφή του εξωπλανήτη. Σύμφωνα με τους υπολογισμούς των ερευνητών θα είναι δυνατή η παρατήρηση στοιχείων της επιφάνειας των εξωπλανητών που βρίσκονται σε απόσταση 100 ετών φωτός1 με τηλεσκόπια διαμέτρου της τάξης του ενός μέτρου. Τα τηλεσκόπια θα παρέχουν εικόνες της επιφάνειας του πλανήτη με ακρίβεια 10 χιλιομέτρων. Συνεπώς, θα παρατηρούνται στοιχεία της επιφάνειάς τους και θα είναι δυνατή η χαρτογράφησή τους, κάτι που είναι αδύνατο με τις ήδη υπάρχουσες μεθόδους παρατήρησης εξωπλανητών. Επομένως, αν και το πρόγραμμα βρίσκεται προς το παρόν σε θεωρητικό επίπεδο, έχει κεντρίσει το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας.
Εικόνα: NASA / The Aerospace Corporation
Επίκεντρο της αποστολής αποτελούν πλανήτες παρόμοιου μεγέθους και ιδιοτήτων με τη Γη. Η αναγνώριση και η μελέτη χαρακτηριστικών της επιφάνειάς τους μπορεί να δώσει ζωτικής σημασίας πληροφορίες για τη δομή τους, τις συνθήκες που επικρατούν σε αυτούς και την πιθανότητα να είναι κατοικήσιμοι.
Τα βασικά ζητήματα που προβληματίζουν τους ερευνητές είναι η μεγάλη απόσταση στην οποία θα τοποθετηθούν τα τηλεσκόπια και ο τρόπος μετάβασής τους στα κατάλληλα σημεία για απεικόνιση του κάθε εξωπλανήτη. Συγκεκριμένα, σύμφωνα με τους υπολογισμούς των ερευνητών, για να απεικονιστούν κοντινοί βραχώδεις εξωπλανήτες σε απόσταση 100 ετών φωτός από την Γη, τα τηλεσκόπια θα πρέπει να τοποθετηθούν σε απόσταση 547 Αστρονομικών Μονάδων από τον Ήλιο, δηλαδή έξω από το ηλιακό μας σύστημα, στον μεσοαστρικό χώρο.
Δεξιά: Τροχιά διαστημικών σκαφών
Εικόνες: Turyshev et al.
Με σκοπό να επιτευχθεί η μεγαλύτερη δυνατή ταχύτητα και ευελιξία, αλλά και να μειωθεί το κόστος της αποστολής, μικρά διαστημικά σκάφη θα σταλούν σε «σμήνη» και θα συναρμολογηθούν όταν φτάσουν στον προορισμό τους. Ακόμη, θα είναι εξοπλισμένα με «ηλιακά πανιά», ώστε να εκμεταλλευτούν την ακτινοβολία του Ήλιου και να επιταχυνθούν, πετυχαίνοντας υψηλές ταχύτητες, της τάξης των 150 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο στο περιήλιο2. Η τροχιά που θα ακολουθήσουν φαίνεται στο παραπάνω σχήμα. Τέλος, για να μπορεί να παρατηρηθεί το φως του εξωπλανήτη παρά το φως του Ήλιου, τα τηλεσκόπια θα είναι εξοπλισμένα με στεμματογράφους, δημιουργώντας «τεχνητές εκλείψεις».
Συνεχώς δημοσιεύονται από την ερευνητική ομάδα μελέτες στις οποίες παρουσιάζονται νέες προτάσεις, αλλαγές και προσθήκες στο σχέδιο της αποστολής. Οι απαραίτητες τεχνολογίες για να πραγματοποιηθεί η αποστολή είτε έχουν ήδη κατασκευαστεί, είτε βρίσκονται τώρα υπό ανάπτυξη και το πρόγραμμα συνεχίζεται αφού έλαβε από τη NASA χρηματοδότηση 2 εκατομμυρίων δολαρίων στην τρίτη φάση του.
1. 946 τρισεκατομμύρια χιλιόμετρα
2. Πρόκειται για το σημείο της τροχιάς τους στο οποίο θα βρεθούν πιο κοντά στον Ήλιο
