19 oktober 2017

Puik idee: exoplaneten in detail waarnemen met een telescoop met de zon als lens

Probleem met exoplaneten is dat ze zo verschrikkelijk ver weg staan. Proxima (Centauri) b is de meest nabije exoplaneet en die staat op 4,2 lichtjaar afstand, da’s 3,97342193 × 10^13 kilometers – dus bijna 40 biljoen km. Om details op zo’n planeet waar te kunnen nemen zou je denken dat de enige mogelijkheid is om er heen te reizen, iets wat met de hedendaagse ruimtevaarttechnieken al gauw bijna 100.000 jaar duurt. Maar er is nog een andere mogelijkheid: je zou gebruik kunnen maken van een nog niet toegepaste techniek, namelijk om een telescoop te bouwen, die de zon als lens gebruikt! Zoals we bij zwaartekrachtslenzen zien kunnen objecten met massa de hun omringende ruimte krommen en dat zorgt er vervolgens voor dat licht van erachter liggende objecten afbuigt. Voorbeelden daarvan zijn er genoeg, zoals de lenzen rondom de cluster van sterrenstelsels Abell 1689. Niet alleen sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels werken als zwaartekrachtslens, ook onze eigen zon werkt als zo’n lens. In 1919 nam Arthur Eddington al waar dat de zon de ruimte in haar nabijheid kromt, hetgeen Eddington tijdens een zonsverduistering door sterren in de buurt van de zon kon zien en waarmee hij de Relativiteitstheorie van Einstein kon bewijzen.

Het was Einstein zelf die al in 1936 berekende dat de zon als een zwaartekrachtslens kan werken en dat diens brandpuntsafstand gelegen is begint op een afstand van 542 Astronomische Eenheden, 542 keer de afstand aarde-zon (149 miljoen km), dat is 0,0085 lichtjaar van ons vandaan. Als je dáár op die afstand van de zon, 18 keer verder weg dan Neptunus van de zon staat, een ruimtevaartuig zou hebben, en die zou naar de zon kijken precies op het moment dat daar recht achter een exoplaneet zoals Proxima b staat, dan zou die planeet in detail te zien zijn. Een 1 meter telescoop op die plek, zou foto’s kunnen maken van planeten tot een afstand van 30 parsec, bijna 100 lichtjaar, en details op het oppervlak van de planeet tot 10 km (!) of zelfs beter zouden dan mogelijk zijn! De ESA heeft al eens een plan geopperd om zo’n telescoop de ruimte in te sturen, de zogeheten FOCAL missie (zie afbeelding bovenaan). Die zou op een afstand van minstens 550 AE van de zon komen te opereren, waarbij ‘ie volgens berekeningen van de Italiaanse astronoom Claudio Maccone (die ik zelf vorig jaar in Drenthe tijdens een SETI bijeenkomst heb ontmoet) bij een golflengte van 203 GHz versterking van het signaal kan waarnemen van maar liefst 1,3 x 10^15, hetgeen die details op de planeet zichtbaar moet maken. Bron: Deze tweet.

Reacties

  1. EnceladusEnceladus zegt:

    Maar hoe hou je een telescoop in een stabiele baan om de zon op 542 AE? Kan dat wel? En als het brandpunt is gelegen op 542 AE, waarom zou FOCAL dan naar een afstand van minstens 550 AE worden gestuurd?

    groet,
    Gert (Enceladus)

    • Er is een verschil tussen optische lenzen en zwaartekrachtslenzen. Bij de eerste is het brandpunt ook echt een punt – er voor of er na is het beeld wazig. Bij zwaartekrachtslenzen is het brandpunt een lijn, die begin op een bepaald punt, de zogeheten ‘focal line’. Die begint bij 542 AE, dus ik kan beter schrijven dat het brandpunt op die afstand begint. De telescoop kan gewoon z’n reis blijven vervolgen, deceleratie is niet nodig.

  2. Geweldig idee, je moet dan wel van te voren heel goed weten waar je naar wilt kijken. Even omdraaien of zo zit er niet in, denk ik. Als je over die focale-lijn beweegt heb je dan nog wel mogelijkheden om iets anders in beeld te krijgen?
    misschien een hele zwerm van telescopen naar die schil sturen.

    • Ja, de missie zal zich inderdaad op één doel moeten concentreren, Proxima b, TRAPPIST-1 of wellicht het centrale zwarte gat in de Melkweg, Sgr A*. Daar bij de focale lijn arriveren en dan zeggen oh laten we even een ander doel opzoeken zit er niet in. Op de focale lijn zal je ook rekening moeten houden met de beweging van de zon in de Melkweg, de telescoop zal iets mee moeten bewegen om het doel in beeld te houden.

  3. Prachtig allemaal natuurlijk, dat zoeken naar exoplaneten
    met als hoofddoel, buitenaards leven ontdekken.
    Maar kijken we met ons allen niet over al dat moois heen
    dat (in verhouding) vlak voor onze voeten licht?

  4. Dat er NASA JPL bij staat is natuurlijk geen garantie dat het idee ook echt werkt, ik ben bang dat het alleen kortstondig op 1 april werkt :-). Er is geen enkele planeet die voldoende EM straling produceert om op deze manier te versterken. En de breedbandstraling van de bijbehorende zon is identiek aan die van onze eigen zon, hoe differentieer je dat?

  5. Voyager 1 heeft er 40 jaar over gedaan om 125 AE ver weg te komen.
    Dan zal 550 AE al snel 176 jaar kosten.
    Voordat de satelliet op zijn plaats is zal hij allang vergeten zijn.
    Hebben ze batterijen die minimaal 180 jaar mee gaan?

  6. @Arie, als je de zon zou substitueren door zwart gat dan ga ik direct met je mee, daar zie ik ook wel brood in :-). Maar de vraag is wat je op een golflengte van 203 GHz aan details zou kunnen waarnemen van een planeet die dit niet eens produceert, ik snap hem niet…. Je kijkt a.h.w. in een enorme zaklamp met daarachter een minuscuul object dat ook nog eens op de (verkeerde) achterzijde wordt aangestraald door zijn eigen zon, dat levert m.i. hoogstens een pikzwarte contour en wat spectraallijnen van de atmosfeer op.

    • @Nico, alle straling zal afbuigen door de gekromde ruimte rondom de zon, dus niet alleen straling op 203 GHz. Op de plek van de zon zal je gewoon de zon zelf zien, als een heldere ster (op die afstand). De planeet zal te zien zijn als boogjes rondom de zon, of als een complete ring, een zogeheten Einstein ring. Zo is het ook te zien bij andere zwaartekrachtslenzen. Sterrenkundigen zijn in staat met computers het doel te reconstrueren aan de hand van die boogjes of de ring. Dat doen ze al met sterrenstelsels, die achter lensstelsels of -clusters liggen, dat kunnen ze ook met planeten.

  7. wat als wij het ruimteschip zijn ,…en een telescoop op een ster 542 AE van ons vandaan richten

  8. Het is misschien weer een element in onze zoektocht naar (intelligent) buitenaards leven, dat statistisch gezien wel ergens out there moet zijn, en makkelijk meer dan eens, althans zo mag men het doorgaans willen. Als wij dit soort zonnetelescopie kunnen, kunnen onze exopendanten dat (mutatis mutandis) natuurlijk ook. Dan is de kans niet denkbeeldig dat onze aarde al (meer dan eens) gespot is, bekeken en in (behoorlijk) detail bestudeerd. Desondanks is er voorlopig geen spoor van enige buitenaardse interesse voor onze lokale habitat. Dat ze niet meteen staan te drummen voor een bezoekje is, gelet op de afstanden, geen wonder, maar je kunt je natuurlijk ook op diverse manieren ‘contactbevorderlijk’ opstellen. Mogelijk vinden ze het raadzamer om in het verborgene te blijven, niet eens zo’n gek idee (vul zelf maar in waarom zoal), maar dat zie ik ons dan weer niet doen, nieuwsgierig en onverschrokken als we zijn, en waarom zouden alle soorten anderlingen zo veel anders zijn? In de SF-literatuur, weliswaar fantasie maar tegelijk voortdurend mogelijkheden opperend en uitwerkend, is het trouwens een heel gewoon idee dat buitenaarders contact zullen zoeken met hun aardse medewezens. Abnormaal vinden we het dus niet, maar de oorverdovende stilte van het universum is dat misschien wel.

Laat wat van je horen

*