Применение гравитационной линзы Солнца для наблюдения экзопланет

[sharp]

В ряде тем периодически заходит разговор об использовании Солнца как гравитационной линзы путем размещения зонда в электромагнитном фокусе. Этот вопрос заслуживает более детального обсуждения в отдельной теме.

Картинка, иллюстрирующая принцип гравитационного линзирования:


Если простым языком: траектория лучей, проходящих от удаленной звезды на небольшом расстоянии от Солнца, преломляется и становится сходящейся. Минимальное расстояние, на котором траектории этих лучей сходятся, примерно равна 550 а.е. Следовательно, сигнал от данной звезды в этой точке должен усиливаться в миллионы раз. Если вести наблюдение за Альфой Центавра, сигнал будет по силе таким, как если бы мы подошли к звезде всего на несколько десятков-сотен а.е.

В обычный телескоп, установленный в фокусе, это будет наблюдаться как кольцо Эйнштейна - подобно тем, которые имеют место при гравитационном линзировании галактик: https://en.wikipedia.org/wiki/Einstein_ring. То есть, вокруг Солнца мы увидим яркое кольцо, и именно это кольцо будет представлять из себя усиленный сигнал звезды. Соответственно, если зонд будет иметь радиотелескоп, можно провести высокоточные наблюдения и получить огромный массив данных о планетной системе.

Недостатки метода: необходимо относительно точное позиционирование зонда на линии звезда-Солнце. И наблюдение возможно только для одной звезды или совокупности звезд в пределах очень малого угла.
При этом для того, чтобы хоть немного (на 1 градус) сменить угол наблюдения, необходимо перетащить зонд на 10 а.е. А сам он будет ползти по орбите со скоростью 0,1 а.е в год. То есть, скорее всего, для наблюдения за каждой новой звездой придется запускать новый зонд.

Вопросы:
1. Как более точно расчитать величину усиления сигнала?
2. Какое оптимальное расстояние для размещения зонда? На 550 а.е. кольцо Эйнштейна может сливаться с солнечным диском, то есть расстояние должно быть больше. Но и слишком большим его делать нельзя по разным причинам.
3. Нет ли других подводных камней?

[sharp]

Другой вопрос, который имеет смысл обсудить - какие звезды являются первыми кандидатами для изучения таким методом?

[Андрей Курилов]

Вопросы хорошие, но ответов на них никто, похоже, не знает.

3. Нет ли других подводных камней?

Я слышал про искажения, вносимые короной Солнца, поэтому расстояние 550 АЕ точно не подходит. Скорее это 650-750 АЕ.

[vika vorobyeva]

Месяц назад слышала доклад, посвященный миссии в гравитационный фокус Солнца. В случае, если завтра дадут денег, то старт ожидается в 2023-2025 годах. (Но денег, понятное дело, не дадут.)
Лететь собираются на электростатическом парусе (за счет импульса протонов солнечного ветра). Траектория довольно хитрая – сначала гравитационным маневром у Юпитера уронить аппарат к Солнцу, в перигелии развернуть парус – и вперед. Расчетная скорость – 12 а.е. в год (~57 км/с). Поскольку гравитационный фокус Солнца – не точка, а линия, можно просто лететь прочь и по ходу проводить наблюдения.
Далее все расчеты приводились для расстояния в 750 а.е.
Усиление яркости точечного источника гравитационным полем Солнца оказывается колоссальным – до 10¹¹ раз для лучей с длиной волны 1 мкм. Метровый телескоп при наблюдениях из фокуса эквивалентен 80-километровому(!) телескопу. Разрешение ожидается до 30 наносекунд дуги, на расстоянии альфа Центавра - до 5 км на пиксель.
Но, конечно, не все так просто. Точечный источник искажается в кольцо Эйнштейна. Поэтому просто вися в пространстве мы никакого изображения чужой системы не увидим. Потребуется регулярный дрейф аппарата на сотни километров в поперечном направлении, чтобы построить (точнее, восстановить математической обработкой) изображение – вот только я не помню, диска планеты земного типа или всей системы в целом. Задача аналогична наблюдению картины сквозь маленькую дырочку – чтобы увидеть картину целиком, ее придется сканировать нашей дырочкой (дырочку водить вдоль картины ряд за рядом).
И конечно, каждый такой аппарат будет предназначен для изучения одной планетной системы. Ну и что? Посылают же персональные миссии к астероиду. В принципе, такие аппараты можно клепать десятками и рассылать во все стороны для изучения всех ближайших звезд.

[-Asket-]

http://antihydrogen.livejournal.com/45477.html

[vika vorobyeva]

Спасибо, -Asket-
Похоже, задача еще труднее, чем это виделось изначально. Но все равно оно того стоит, как мне кажется. Есть же разница, лететь на 1000 а.е. или на несколько парсек.

[Кремальера]

Месяц назад слышала доклад, посвященный миссии в гравитационный фокус Солнца

А чья это миссия?Если лететь на 750 а.е.,то это больше 60 лет..
В 18-м годе стартует Solar Probe.Они планируют прижаться к Солнцу и выдать 200км/сек.
Или вот планируемая миссия Europa Multiple-Flyby Mission,один из вариантов предполагает использование носителя SLS,
что позволит достичь системы Юпитера за 2 года.Что все равно конечно медленно.

Есть же разница, лететь на 1000 а.е. или на несколько парсек.

Если конечно Мильнер свои лепестки не запустит.

[sharp]

Усиление яркости точечного источника гравитационным полем Солнца оказывается колоссальным – до 10¹¹ раз для лучей с длиной волны 1 мкм.

Это означает, что если наблюдать Альфу Центавра таким зондом, то для него яркость кольца Энштейна окажется в сотни раз яркости Солнца? То есть, сравнима с яркостью Солнца при наблюдении с Земли.
По прикидкам как-то так и получается, но почему-то верится с трудом...
Нет ли возможности проследить, что происходит с астероидами в зонах предполагаемой видимости колец Эйнштейна? Эта зона для альфа центавра по факту представляет из себя длинный цилиндр радиусом 700 тыс.км и высотой в сотни а.е. Если усиление действительно настолько впечатляющее, то любые объекты, пролетающие через эту зону. должны иметь аномально высокую яркость отражаемого света. Можно было бы зарегистрировать этот эффект для подтверждения теории.

[sharp]

http://antihydrogen.livejournal.com/45477.html

Если усиление будет таким, как сказала Вика, можно пренебречь короной, за исключением ближайшего к Солнцу слоя. То есть, уже на 800-1000 а.е. будет нормально, не придется тащить до 2200.

[vika vorobyeva]

Честно скажу – за приведенные данные не отвечаю, за что купила, за то и продаю. Докладчик – Louis Friedman, доклад назывался "A Mission to the Solar Gravity Lens Focus". Может, он где и преувеличил для пущей эффектности, но вряд ли очень сильно.
Узнать, действительно ли усиление настолько велико, боюсь, можно только опытным путем. Но на зонд, летящий к цели 50 лет, денег, понятно, никто не даст

[Кремальера]

Но на зонд, летящий к цели 50 лет, денег, понятно, никто не даст

Может и дали бы,просто в качестве довеска, ну и запустили бы либо паровозом с какой-то генеральной нагрузкой на сильно бэушной F9 или на дешевом носителе типа PSLV.Но по ссылке ув.Asket выходит что этот агрегат нифига не простой и совсем не маленький.

[omnidroid]

На самом деле, на 550 а.е. находится граничная сфера, на которую просто проецируется симуляция окружающей вселенной. Если запустить туда аппарат, он либо выйдет за пределы нашего уровня, либо Тёмный Разработчик просто не даст ему долететь.

[Андрей Курилов]

На самом деле, на 550 а.е. находится граничная сфера, на которую просто проецируется симуляция окружающей вселенной. Если запустить туда аппарат, он либо выйдет за пределы нашего уровня, либо Тёмный Разработчик просто не даст ему долететь.

Роза и червь?

[Андрей Курилов]

Узнать, действительно ли усиление настолько велико, боюсь, можно только опытным путем. Но на зонд, летящий к цели 50 лет, денег, понятно, никто не даст

50 лет - многовато. На термоглиссере можно набрать 200 км/с, если потом ещё применить электроракетный двигатель с высоким УИ, то можно и до 500 км/с и даже больше. Но даже при 200 км/с лететь всего 14 лет.

[Андрей Курилов]

Мысль такая вот. А если лучи ближайших звезд фокусируются настолько сильно, то ведь можно и энергию из света добывать. Орбитальная скорость мала, мощности для коррекции положения много надо не будет.

Солнце как световой мегаколлектор размером в сотни АЕ...
Т.е. какая-нибудь звёздочка ,будет увеличивать свой блеск на 25-28 величин и становиться яркими, как полная Луна или даже как полуденное Солнце на Земле. Сириус может быть -29^m, что ярче полуденного Солнца в 6 раз (8-9 кВт/м²)...

[sharp]

Т.е. какая-нибудь звёздочка ,будет увеличивать свой блеск на 25-28 величин и становиться яркими, как полная Луна или даже как полуденное Солнце на Земле. Сириус может быть -29m, что ярче полуденного Солнца в 6 раз (8-9 кВт/м2)...

А не было ли попыток наблюдения за областями пространства, в которых ожидается такое усиление? Если на тамошние метеориты и астероиды внезапно падает свет такой яркости, это должно быть заметно.

[Андрей Курилов]

А не было ли попыток наблюдения за областями пространства, в которых ожидается такое усиление? Если на тамошние метеориты и астероиды внезапно падает свет такой яркости, это должно быть заметно.

Вероятность того, что что либо более чем километровое попадёт в фокус Сириуса крайне мала. Боюсь, ждать придётся лет эдак триллион. А большинство звёзд - тусклые и заметного "запекания" вызывать не будут. Интересно, как будут вести себя междузвёздные пыль и газ в гравифокусе Сатурна.

[sharp]

Вероятность того, что что либо более чем километровое попадёт в фокус Сириуса крайне мала. Боюсь, ждать придётся лет эдак триллион.

Почему? Область пространства не такая уж и малая. При некотором удалении от края (550 а.е.) ее ширина достигнет диаметра Солнца, а это 1,4 млн.км, все же. И длина области - несколько тысяч а.е. Вполне можно ожидать, что через такую область время от времени что-то да пролетает.
Километровые размеры кстати и не нужны, мощный радиотелескоп зафиксирует пролет и куда меньших объектов, если на них действительно падает яркое излучение.

[Андрей Курилов]

Ну что я могу сказать? Надо смотреть. Направление известно - противоположно ярчайшим звёздам неба.
Ловить, наверное, нужно отражённый свет и инфракрасное излучение, соответствующее температурам 300-500 К.

ширина достигнет диаметра Солнца, а это 1,4 млн.км, все же. И длина области - несколько тысяч а.е

можно посчитать, сколько в этом цилиндре будет междузвёздной пыли и прикинуть сколько света она сможет отразить
не хотите?

[Андрей Курилов]

Я тут прикинул - для удержания на одном и том же месте массы 1 млн т на расстоянии 600 АЕ от Солнца потребуется всего 16 Н. Т.е. в гравифокусе Солнца вполне можно "подвесить" целые энергостанции.