За все время активного исследования космоса автоматическими зондами обоим загадочным ледяным гигантам Солнечной системы — Урану и Нептуну — человечество уделило внимание лишь однажды: в середине-конце 1980-х мимо них пролетел легендарный «Вояджер-2». Поэтому в ближайшее десятилетие к ним запланировали как минимум две миссии. Американский популяризатор науки и известный астрофизик Пол Саттер предложил сделать этот полет парным и использовать два космических аппарата — как детекторы гравитационных волн с огромным плечом.
Уран и Нептун — практически неизученные, по сравнению с остальными планетами Солнечной системы, небесные тела. Все данные о них человечество получило при помощи наземных и орбитальных инструментов, а также единственного пролета «Вояджера-2» в 1980-х / ©NASA
Свое видение создания подобного инструмента поистине астрономических масштабов Пол М. Саттер (Paul M. Sutter) описал в эссе, опубликованном на портале Space.com. Автор — исследователь и профессор в Университете штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук (SUNY Stony Brook). Он ведет научную и просветительскую деятельность в области физики и астрономии более 15 лет. В портфолио Саттера — не только популярный ютьюб-канал, работа в ведущих астрофизических институтах и обсерваториях США, но и десятки организованных конференций, мастер-классов и конкурсов.
Идея астрофизика довольно проста по своей сути. На Земле ученые пытаются зафиксировать гравитационные волны с помощью колоссальных детекторов с плечами порядка нескольких километров. Они расположены под прямым углом друг к другу и представляют собой длинные вакуумные трубки, внутри которых проходит лазерный луч. Когда рябь пространства-времени (гравитационные волны) достигает такой детектор, проходимое фотонами расстояние изменяется. Именно такие едва заметные колебания фиксируют интерферометры обсерватории LIGO.
Но даже если четырехкилометровое плечо по меркам человечества — это много, то на астрономических масштабах подобный инструмент меньше песчинки. Из-за этого его чувствительность оставляет желать лучшего. Если использовать тот же принцип, но на расстояниях в миллионы километров, как считает Саттер, можно фиксировать события, порождающие гравитационные волны, чуть ли не каждый год. Напомним, чтобы посчитать количество прямых наблюдений подобных явлений за почти 20 лет существования LIGO хватит пальцев на одной руке.
Запуск исследовательских зондов к Урану и Нептуну можно сделать парным — на одной ракете вроде SpaceX Falcon Heavy, например. Часть пути, в том числе гравитационный маневр около Юпитера, оба аппарата выполнят вместе, а затем расстыкуются. С этого момента между каждым аппаратом и наземной станцией будет поддерживаться непрерывная связь. Если на пути сигнала пройдет гравитационная волна, она вызовет в нем аномальное доплеровское смещение. Анализируя его, можно судить о параметрах волны, а идентичный канал связи со вторым аппаратом позволит определять направление к источнику гравитационных волн.
Несомненно, идея более чем реалистичная. Для ее претворения в жизнь даже не потребуется радикально перерабатывать существующие проекты зондов к Урану и Нептуну. Единственное, над чем придется поломать голову, так это повысить чувствительность инструментов для измерения частоты электромагнитной волны в 100 раз. Причем необходимые решения уже есть, просто их еще не используют.
А вот самые масштабные приготовления подобная миссия спровоцирует на Земле или ее низкой орбите. Дело в том, что поддерживать непрерывный радиоконтакт с отдаленными объектами в Солнечной системе — задача крайне нетривиальная. Чтобы реализовать такой телескоп по обнаружению гравитационных волн, понадобится построить мощную систему антенн и, возможно, вывести часть из них в космос. Несмотря на все возможные сложности, подобный подход может дать ученым огромное количество данных и при этом будет стоить гораздо меньше, чем две отдельные миссии.
