Один из футуристических проектов канала радиосвязи между Солнечной системой и будущими межзвёздными аппаратами или даже внеземной цивилизацией предлагает использовать в качестве фокусирующей антенны гравитационную линзу Солнца. Астрономы решили проверить, возможна ли передача по таким каналам полезных сигналов. Они оценили пропускную способность радиомостов между Солнцем и другими звёздами в разных регионах Галактики и пришли к выводу, что «галактический интернет» на скорости телефонного модема физически возможен, хоть и вряд ли осуществим в ближайшем будущем.
Связь с космическими кораблями в Солнечной системе сегодня осуществляется через сети DSN (сети дальней космической связи, Deep Space Network). К примеру, сеть DSN NASA представляет собой станции с массивами радиоантенн, расположенные на примерно одинаковых расстояниях друг от друга в разных частях земного шара. На сегодня это три станции, разнесённые на 120 градусов по долготе — в Калифорнии, Испании и Австралии вблизи Канберры. На каждой станции есть одна большая 70-метровая антенна-тарелка и несколько тарелок меньшего размера. Такие большие приёмные антенны необходимы для приёма слабых сигналов космических аппаратов с больших расстояний, включая сигналы «New Horizons» и «Вояджеров». Аналогичными сетями располагают космические агентства других государств — Индии, России, Китая, Японии и ESA (Европейское космическое агентство).
На межпланетных расстояниях для передачи информации неплохо подходят радиосигналы, потому что они могут передать значимое количество информации с использованием сравнительно малой мощности передатчиков. Поэтому радиочастоты сегодня используются для связи с космическими аппаратами в Солнечной системе. Так, мощности передатчика «Вояджера-1» 23 ватта пока хватает для приёма его сигнала радиоантенной на Земле на расстоянии 153 а.е. (астрономических единиц — расстояний между Землёй и Солнцем). Когда начнутся запуски космических аппаратов к другим звёздам, необходимо будет обеспечить сеть межзвёздной коммуникации, например, аналог сети интернет на масштабах хотя бы ближайших звёздных окрестностей (или дальше по Галактике). Пока что неизвестно, как это сделать. В космос можно посылать мощные радиосигналы — как, например, «радиопослание инопланетянам» 1974 г. с телескопа Аресибо, но на межзвёздных расстояниях они быстро станут слишком слабыми для приёма. На современном уровне технологии сигналы от самых мощных передающих устройств можно принять не дальше, чем на расстояниях в несколько световых лет. Недостаток радиодиапазона в том, что используются большие длины волн, поэтому их трудно сфокусировать в одном выбранном направлении. Кроме того, радиосигналы должны распространяться в виде узкого сфокусированного пучка на расстояния, измеряемые световыми годами. Астрономы предложили несколько возможных в будущем решений этой задачи, например, использование тонкого лазерного луча. В новом исследовании рассматривается очередное необычное предложение — использование гравитационного фокусирования света массивными небесными телами.
Согласно Общей теории относительности массивные объекты (звёзды или целые галактики) обладают фокусирующим эффектом для световых лучей, который называется гравитационным линзированием. Подробнее про этот эффект можно прочитать в другой статье на нашем сайте. Электромагнитные волны удалённого радиоисточника, проходя вблизи звезды, отклоняются в её гравитационном поле и фокусируются на противоположной от источника стороне. Чем объект массивнее, тем сильнее отклоняются лучи света и, соответственно, тем ближе фокусируются за ним, как видно из схемы. Для Солнца минимальное фокусное расстояние его гравитационной линзы составляет примерно 550 астрономических единиц, или 3,17 светового дня. Именно на такое расстояние от Солнца должен удалиться космический аппарат, чтобы иметь возможность получать усиленные линзой изображения источников, расположенных по другую от Солнца сторону. Кроме того, фокусами будут являться все точки на прямой, расположенные дальше от этой ближайшей. В 2010-х годах была описана возможная в (отдалённом) будущем космическая миссия по исследованию гравитационного линзирования Солнца. Автор концепции — итальянский астроном Клаудио Макконе — назвал этот проект гравитационного космического телескопа FOCAL (Fast Outgoing Cyclopean Astronomical Lens). Одна из недавних статей этой серии в Acta Astronautica рассматривает физическую возможность реализации канала связи между звёздами и передачи информации по нему с использованием гравитационных эффектов (препринт статьи на arXiv.org).
Астроном предложил математическое описание «радиомостов», которые создают гравитационные линзы Солнца и любой соседней звезды, например, Альфа Центавра A, звезда Барнарда или Сириус. Если разместить аппараты проекта FOCAL на расстоянии по крайней мере 550 астрономических единиц от Солнца в направлении, противоположном выбранной звезде, а гипотетическая внеземная цивилизация установит аналогичный аппарат на минимальном фокусном расстоянии своей звезды в направлении, противоположном Солнцу, таким образом будет можно установить канал связи.
Макконе исследовал коэффициенты битовых ошибок (отношение количества ошибочных битов информации к общему переданному их числу) на межзвёздных расстояниях с использованием эффекта гравитационного линзирования Солнца и без его учёта. Для этого анализировались радиомосты между Солнцем и некоторыми звёздами, в частности, ближними — Альфа Центавра, звездой Барнарда, Сириусом, а также любой солнцеподобной звездой из балджа Млечного Пути и солнцеподобной звездой в галактике Андромеда.
Расчёты показывают, что «галактический интернет», то есть сеть коммуникаций в пределах Млечного Пути, созданная на основе гравитационных линз звёзд, физически возможен. Пропускная способность канала для радиомоста между любой парой звёзд имеет верхнюю физическую границу и может составлять несколько килобит в секунду. Такая скорость интернета сопоставима с возможностями старых телефонных модемов. Но пока что этот способ связи недоступен для человечества. Для его реализации необходимо удалиться на расстояние от Солнца, большее, чем любой из современных аппаратов. Даже «Вояджеры» пока пролетели от силы четверть этого расстояния.
Идеи использования солнечной гравитационной линзы начали появляться с 1970-х годов, и космический корабль в фокусе линзы — только одна из таких футуристических концепций. Кроме того, что проект с космическим зондом в ближайшие десятилетия технически нереализуем, у «гравитационного интернета» есть другие фундаментальные ограничения и непонятно, преодолимы ли они в принципе. Но у таких аппаратов могут быть и другие применения. Например, они могут использоваться для точного измерения расстояний до других звёзд методом параллакса. Это принцип стереоскопического зрения: ближняя звезда рассматривается с двух разных точек на орбите Земли (сейчас и через полгода), и по её смещению на небесной сфере определяется расстояние — чем смещение больше, тем объект ближе. Подробнее о методе параллакса в определении расстояний до звёзд можно прочитать во вставке к статье по ссылке. Смещение на земной орбите, то есть база параллакса — это расстояние между Землёй и Солнцем, или одна астрономическая единица, и точность современных телескопов позволяет таким методом замерять расстояния до нескольких сотен световых лет. Если такие замеры выполнять с Земли и на аппарате FOCAL, база параллакса составит сотни а.е., соответственно дальность метода увеличивается до масштабов всей Галактики. Кроме того, аппарат можно использовать для исследования межзвёздной среды, гравитационных волн или точного измерения массы Солнечной системы.
