Γαλαξιακό Διαδίκτυο και βαρυτικοί φακοί. Gravitational Lenses Could Allow a Galaxy-Wide Internet

Το Γαλαξιακό Διαδίκτυο μπορεί να δημιουργηθεί (έστω … από εξωγήινους πολιτισμούς) εφόσον τα άστρα αξιοποιηθούν ως βαρυτικοί φακοί, υποστηρίζει ο Claudio Maccone, στην δημοσίευσή του με τίτλο «Galactic internet made possible by star gravitational lensing». Some kind of galactic Internet is possible taking advantage of the gravitational lensing effect that stars can provide with a properly focused radio signal. The project could be an impressive advance for space expeditions. What phase is it in and how is it possible. Maccone in his recent paper showed that galactic internet could be made possible by star gravitational lensing and it may already existed.

Όμως, τι είναι ένας βαρυτικός φακός; Εμείς γνωρίζουμε τους συγκλίνοντες και αποκλίνοντες φακούς της οπτικής. Για παράδειγμα αν μια παράλληλη μονοχρωματική δέσμη συναντήσει τον συγκλίνοντα φακό όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα, τότε οι διαθλώμενες ακτίνες διέρχονται από ένα σημείο F το οποίο ονομάζεται κύρια εστία του φακού. Η απόσταση f ονομάζεται εστιακή απόσταση.

This graphic shows a reconstruction (at lower left) of the brightest galaxy whose image has been distorted by the gravity of a distant galaxy cluster. The small rectangle in the center shows the location of the background galaxy on the sky if the intervening galaxy cluster were not there. The rounded outlines show distinct, distorted images of the background galaxy resulting from lensing by the mass in the cluster. The image at lower left is a reconstruction of what the lensed galaxy would look like in the absence of the cluster, based on a model of the cluster's mass distribution derived from studying the distorted galaxy images. Illustration Credit: NASA, ESA, and Z. Levay (STScI) Science Credit: NASA, ESA, J. Rigby (NASA Goddard Space Flight Center), K. Sharon (Kavli Institute for Cosmological Physics, University of Chicago), and M. Gladders and E. Wuyts (University of Chicago)

Ως βαρυτικός φακός θεωρείται κάθε κατανομή ύλης (όπως ένα άστρο, ένας γαλαξίας ή σμήνος γαλαξιών) που βρίσκεται ανάμεσα σε μία μακρινή πηγή φωτός (ηλεκτρομαγνητικό κύμα) και έναν παρατηρητή, η οποία καμπυλώνει την διαδρομή του φωτός από την πηγή μέχρι τον παρατηρητή. Το φαινόμενο χαρακτηρίζεται ως βαρυτική εστίαση και αποτελεί μία από τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της σχετικότητας. Το φαινόμενο αυτό αποτέλεσε την πρώτη πειραματική επαλήθευση της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας από τον Arthur Eddington.

Αντίθετα με έναν συνηθισμένο φακό, ένας βαρυτικός φακός εκτρέπει (πολύ) περισσότερο το φως που περνά πιο κοντά από το κέντρο του και (πολύ) λιγότερο το φως που περνά πιο μακριά από αυτό. Κατά συνέπεια δεν έχει μοναδικό σημείο ως εστία, αλλά μία γραμμή (εστιακή γραμμή). Ο όρος «φακός» για τη βαρυτική κάμψη των φωτεινών ακτίνων χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά από τον O.J. Lodge, ο οποίος σχολίασε ότι «δεν είναι σωστό να λέμε ότι το ηλιακό βαρυτικό πεδίο δρα ως φακός, διότι δεν έχει εστιακή απόσταση». Σύμφωνα με τον Claudio Maccone αν στείλουμε ένα κατάλληλα εξοπλισμένο διαστημικό σκάφος κατά μήκος οποιασδήποτε ακτινικής κατεύθυνσης μακριά από τον Ήλιο έως την ελάχιστη απόσταση των 550 AU και πέραν, η μάζα του Ήλιου θα λειτουργήσει ως ένας τεράστιος μεγεθυντικός φακός ραδιοκυμάτων, επιτρέποντάς μας να «δούμε» στην άλλη πλευρά του Ήλιου, ακόμη και σε πολύ μεγάλες αποστάσεις.

Ο Ήλιος ως βαρυτικός φακός με ελάχιστη εστιακή απόσταση 550 AU (=3,17 ημέρες φωτός=13,75 φορές πέρα από την τροχιά του Πλούτωνα) και την θέση του διαστημικού σκάφους πέρα από το ελάχιστο εστιακό μήκος. Geometry of the Sun gravitational lens with the minimal focal length of 550 AU (= 3.17 light days = 13.75 times beyond Pluto’s orbit) and the FOCAL spacecraft position beyond the minimal focal length. Credit: Claudio Maccone

Στην μελλοντολογική του εργασία ο Claudio Maccone εξετάζει επίσης την ραδιοφωνική γέφυρα μεταξύ του Ήλιου και κάθε άλλου άστρου, που αποτελούν σύστημα δυο βαρυτικών φακών. Η λειτουργία της ευθυγράμμισης μιας τέτοιας ραδιογέφυρας είναι πολύ δύσκολη, αλλά η εξοικονόμηση ενέργειας είναι τεράστια, λόγω των τεράστιων συνεισφορών των φακών των δύο άστρων στο συνολικό κέρδος της κεραίας του συστήματος.

Channel Capacities for all five information channels made up by the radio bridges between the Sun and another star. The second and third column give the Channel Capacity for bandwidth equal to 1 Hz (typical SETI case) and 1 kHz (sometimes used in SETI also), respectively. © Maccone

Μελετά επίσης την χωρητικότητα πληροφοριών του καναλιού για καθεμία από αυτές τις ραδιογέφυρες, θέτοντας έτσι έναν φυσικό περιορισμό στο μέγεθος της μεταφοράς πληροφοριών που θα είναι δυνατή στην περίπτωση που χρησιμοποιούνται άστρα ως βαρυτικοί φακοί. 

A classic spiral, the Whirlpool Galaxy (M51) is 30 million light years distant and 60 thousand light years across. What sort of communications network might link civilizations here? Credit: N. Scoville (Caltech), T. Rector (U. Alaska, NOAO) et al., Hubble Heritage Team, NASA.

Βέβαια, ακόμα κι αν ξεπεραστούν όλα τα προβλήματα που εμφανίζονται στην υλοποίηση ενός τέτοιου γιγαντιαίου εγχειρήματος, θα πρέπει να ξεχάσουμε την γνωστή μας άμεση επικοινωνία με σύντομα μηνύματα. Μπορεί τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα να κινούνται με την μέγιστη ταχύτητα στο σύμπαν, την ταχύτητα του φωτός, όμως οι αποστάσεις στον γαλαξία μας είναι τεράστιες (το κοντινότερο άστρο στον Ήλιο μας, ο Εγγύς του Κενταύρου, απέχει 4,2 έτη φωτός). Γι' αυτό τα μηνύματα πρέπει να είναι μεγάλα και με εξειδικευμένο περιεχόμενο (διαβάστε σχετικά ΕΔΩ: Finding the Galactic Internet).

Πηγές: Claudio Maccone, “Galactic internet made possible by star gravitational lensing”, ArXiv, pp. 1-6, 2021. https://arxiv.org/abs/2103.11483 - https://www.universetoday.com/150671/gravitational-lenses-could-allow-a-galaxy-wide-internet/ - https://theuncoverreality.in/2021/03/23/does-galactic-internet-exists-when-humans-could-be-able-to-build-theirs-astronomy/ - https://physicsgg.me/2021/03/29

 

 

 

O Δαίδαλος θα αναζητήσει καταφύγια ανθρώπων στην Σελήνη. ESA Funds Research into Lunar Cave Explorer

Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA) θέλει να εξερευνήσει τα σπήλαια που υπάρχουν στην Σελήνη και θα χρησιμοποιήσει εξελιγμένα ρομπότ ειδικά σχεδιασμένα για αυτό τον σκοπό. Το πρόγραμμα αυτό ονομάστηκε «Descent And Exploration in Deep Autonomy of Lunar Underground Structures, DAEDALUS» για να τιμήσει όπως είναι ευνόητο τον μεγάλο αρχαίο Έλληνα εφευρέτη. What might look like a dangling hamster ball is actually a robotic sphere to explore the depths of lunar caves. Designed by a team coordinated by Germany’s Julius-Maximilians-Universität of Würzburg (JMU), the Descent And Exploration in Deep Autonomy of Lunar Underground Structures, DAEDALUS, robot is being evaluated by ESA’s Concurrent Design Facility, as part of a larger study of lunar cave mission concepts. Credit: Julius-Maximilians-University

Τα σπήλαια αποτέλεσαν τα πρώτα καταλύματα που χρησιμοποίησαν οι άνθρωποι για να προστατευτούν από τα στοιχεία της φύσης αλλά και τα επικίνδυνα ζώα. Το ίδιο μπορεί να συμβεί και στην Σελήνη.

Three images of the Marius Hills pit on the Moon, imaged by NASA’s Lunar Reconnaissance Orbiter. This pit is about 34 metres deep and 65 by 90 metres wide. Marius Hills and other pits may be ‘skylights’ into extensive lava tubes. Credit: NASA/GSFC/Arizona State University

Πρόσφατα έγινε γνωστό ότι ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA) θέλει να εξερευνήσει τα σπήλαια που υπάρχουν στην Σελήνη και θα χρησιμοποιήσει εξελιγμένα ρομπότ ειδικά σχεδιασμένα για αυτό τον σκοπό. Το πρόγραμμα αυτό ονομάστηκε «Descent And Exploration in Deep Autonomy of Lunar Underground Structures, DAEDALUS» για να τιμήσει όπως είναι ευνόητο τον μεγάλο αρχαίο Έλληνα εφευρέτη.

A prototype developed by the University of Würzburg of the Daedalus probe that would be lowered into a lunar cave using a tether. Credit: University of Würzburg

Το πρώτο από αυτά τα ρομπότ βρίσκεται στο τελικό στάδιο κατασκευής του και σε αυτή ο ΕΟΔ συνεργάζεται με ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου Ιούλιος Μαξιμιλιανός του Βύρτσμπουργκ. Ο ΕΟΔ έδωσε στην δημοσιότητα μια φωτογραφία και κάποιες λεπτομέρειες του πρώτου ρομπότ ενώ όπως έγινε γνωστό θα ακολουθήσει η κατασκευή άλλων δύο.

Entering a lunar lava tube. The Moon’s surface is covered by millions of craters, but it also hosts hundreds of very steep-walled holes known as pits. Like doorways to the underworld, photos of some pits clearly show a cavern beneath the Moon’s surface, suggesting that they are ‘skylights’ into extensive lava tubes that can be as wide as New York’s Central Park, and could extend for hundreds of kilometers. These tubes are thought to have formed during lava flows billions of years ago, when the Moon was still geologically active. Credit: Conor Marsh, University of Manchester

Η ηφαιστειακή δραστηριότητα ανάμεσα στα άλλα δημιουργεί στο υπέδαφος τούνελ τα οποία το πέρασμα της λάβας σμιλεύονται με τρόπο τέτοιο ώστε να μετατρέπονται στην ουσία σε υπόγεια σπήλαια. Τέτοιου είδους σπήλαια υπάρχουν στην Γη αλλά θεωρείται βέβαιο ότι υπάρχουν στην Σελήνη και τον Άρη.

Artist’s impression of the European Large Logistics Lander (EL3) unloading cargo. This cargo could include a mission to explore lunar caves. Credit: ESA/ATG-Medialab

Προς το παρόν έχει εντοπιστεί η ύπαρξη ενός τέτοιου τούνελ στον φυσικό μας δορυφόρο. Θεωρητικώς αυτοί οι γεωλογικοί σχηματισμοί στην Σελήνη και τον Άρη θα μπορούσαν να προστατεύσουν τους ανθρώπους από τις ακραίες εξωτερικές συνθήκες που επικρατούν εκεί αλλά και την βλαβερή κοσμική ακτινοβολία. Πρέπει λοιπόν να ξέρουμε αν αυτά τα σπήλαια καλύπτουν όλες τις προϋποθέσεις για να μπορέσει να ζήσει εκεί ο άνθρωπος μέχρι τουλάχιστον να δημιουργηθούν στην επιφάνεια του φεγγαριού αλλά και του Κόκκινου Πλανήτη ασφαλείς κατοικίες.

In a first step towards uncovering the Moon’s subterranean secrets, in 2019 ESA asked for your ideas to detect, map, and explore lunar caves. Five ideas were selected to be studied in more detail, each addressing different phases of a potential mission. This mission concept investigated exploring and characterizing the entrance and initial part of lunar lava tubes using a compact, tightly integrated spherical robotic device, with a complementary payload set and autonomous capabilities. It specifically addressed the identification and characterization of potential resources for future ESA exploration missions, the local environment of the subsurface and its geological and compositional structure. The sphere would house laser scanners, cameras and supporting equipment, and would be lowered into the skylight to explore the entrance, associated caverns and pipes. Lidar systems will produce 3D models of the environment; this will be the primary exploration toolset within the sphere. Credits: University of Würzburg

Το πρώτο ρομπότ που θα εξερευνήσει τα σπήλαια της Σελήνης έχει σφαιρικό σχήμα και διάμετρο 46 εκατ. όσο περίπου δύο μπάλες ποδοσφαίρου. Το ρομπότ θα διαθέτει στερεοσκοπική κάμερα, σύστημα σάρωσης με λέιζερ παρόμοιο με αυτό που χρησιμοποιούν τα αυτόνομα αυτοκίνητα (lidar) κα γενικότερα συστήματα και τεχνολογία με την οποία θα κάνει τρισδιάστατη χαρτογράφηση στα σπήλαια στα οποία θα εισέρχεται.

An overview of the University of Oviedo’s idea, where a charging head (CH) attached to the end of a crane can communicate with the underground rovers – cave elements (CEs) – using WiFi. Credit: University of Oviedo

Το ρομπότ θα ρίχνει μέσα στο σπήλαιο ένας γερανός και είναι δεμένο με ένα καλώδιο το οποίο θα διαθέτει συστήματα ασύρματης επικοινωνίας (Wi-Fi) ώστε το ρομπότ να μεταδίδει τα δεδομένα που συλλέγει.

Πηγές: https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2021/03/Lunar_cave_explorer - https://www.informatik.uniwuerzburg.de/space/mitarbeiter/nuechter/projects/daedalus/ - https://www.esa.int/Enabling_Support/Preparing_for_the_Future/Discovery_and_Preparation/ESA_plans_mission_to_explore_lunar_caves - https://www.naftemporiki.gr/story/1707746/o-daidalos-tha-anazitisei-katafugia-anthropon-stin-selini