Ученый предлагает отправить наноспутник размером со скрепку к черной дыре

Представьте космический аппарат весом не больше скрепки, разгоняемый лазерным лучом до трети скорости света и несущийся через межзвездное пространство к черной дыре. Его цель — исследовать саму ткань пространства-времени и проверить фундаментальные законы физики в самых экстремальных условиях Вселенной.

Для большинства это звучит как чистая фантастика. Но астрофизик Козимо Бэмби из Фуданьского университета в Китае считает эту идею вполне реализуемой — правда, не раньше чем через несколько десятилетий.

Межзвездное путешествие длиною в век

В статье, опубликованной в журнале iScience, Бэмби детально описывает план воплощения этой грандиозной миссии. Если проект будет реализован, данные, собранные непосредственно в окрестностях черной дыры, могут полностью изменить наше понимание общей теории относительности.

«Сейчас у нас нет таких технологий, — признает ученый. — Но через 20-30 лет они, возможно, появятся».

Успех миссии зависит от решения двух ключевых задач: найти черную дыру достаточно близко к Земле и создать зонды, способные выдержать столь экстремальное путешествие.

Основываясь на знаниях об эволюции звезд, Бэмби предполагает, что всего в 20-25 световых годах от нас может скрываться черная дыра. Проблема в том, что обнаружить ее крайне сложно.

Связано это с тем, что черные дыры не излучают и не отражают свет, оставаясь практически невидимыми для телескопов. Ученые находят их лишь по косвенным признакам — по влиянию на соседние звезды или искажению света от далеких объектов (гравитационное линзирование).

«Появились новые методы обнаружения черных дыр, — отмечает Бэмби. — Я считаю вполне реальным найти подходящую цель в течение ближайшего десятилетия».

Наноспутники на солнечных парусах

После определения цели встает вопрос о том, как до нее добраться. Традиционные космические аппараты на химическом топливе слишком тяжелы и медленны для преодоления межзвездных расстояний.

Решением могут стать наноаппараты — зонды весом всего в несколько граммов, состоящие из микрочипа и сверхтонкого солнечного (фотонного) паруса. Когда такой миниатюрный зонд будет выведен на земную орбиту, чрезвычайно мощные наземные лазеры начнут бомбардировать его раскрытый парус потоками фотонов, разгоняя крошечный аппарат до колоссальных скоростей.

Если на расстоянии в 20 световых лет от Земли будет найдена черная дыра, то при скорости в треть от скорости света такой зонд сможет достичь ее примерно за 70 лет. Еще 20 лет понадобится для передачи данных на Землю. Общая продолжительность миссии составит около столетия.

Приблизившись к черной дыре, наноспутник сможет ответить на фундаментальные вопросы физики. Существует ли на самом деле горизонт событий — та граница, миновав которую, даже свет не может вырваться из гравитационных объятий черной дыры? Меняются ли законы физики и сохраняет ли свою актуальность общая теория относительности Эйнштейна в таких экстремальных условиях?

Цена космических амбиций

Бэмби честно признает масштаб технических и финансовых вызовов. Одни только лазерные установки сегодня обошлись бы примерно в триллион евро, а технологий для создания наноаппаратов такого назначения пока просто не существует. Но ученый настроен оптимистично:

«Через 30 лет цены могут существенно снизиться, а технологии догонят наши самые смелые идеи».

«Это может показаться совершенно безумным и походить на научную фантастику, — заключает Бэмби. — Но люди считали, что мы никогда не обнаружим гравитационные волны, потому что они слишком слабы. Мы это сделали — спустя 100 лет после предсказания Эйнштейна. Люди думали, что мы никогда не увидим тени черных дыр. Теперь, 50 лет спустя, у нас есть изображения сразу двух из них».

История науки показывает: то, что сегодня кажется невозможным, завтра может стать обычным делом.

Исследование было профинансировано Национальным фондом естественных наук Китая.