Telescopio spaziale a lente gravitazionale solare

Tra le tante idee innovative che la NASA finanzia, la maggior parte delle volte si tratta di idee irrealizzabili entro 50 anni, ce n’è una che è arrivata in fase 3 NIAC (NASA Innovative Advanced Concepts), ed è l’unica arrivata in questa fase nel 2020.

Si tratta di un telescopio spaziale ad altissima risoluzione, che sfrutta l’ingrandimento SGL, solar gravitational lens, capace di fornire un ingrandimento 10^11 X (100 miliardi di volte) il tutto in un satellite di un metro di lunghezza. L’ingrandimento fornito sarebbe capace di risolvere un’esopianeta a 100 anni luce a 25 km per pixel, il che vuol dire veramente poter mappare gli esopianeti.


[Come apparirebbe un esopianeta con SGL. Credits: Slava Turyshev]

La parte irrealizzabile (con tecnologie attuali) sta nel fatto che per sfruttare l’ingrandimento fornito dalla deflessione gravitazionale del Sole, il satellite deve essere piazzato a qualche centinaio di unità astronomiche dal Sole (circa 500 au), oltre le sonde Voyager per intenderci.

Il contributo dato da NASA per lo studio in questa fase è di 2 milioni di dollari (nelle prime fasi NIAC si parla al massimo di centinaia di migliaia di dollari). Questi studi, sebbene la maggior parte delle volte non portino direttamente a realizzare missioni spaziali, forniscono una scienza di base dalla quale attecchire per poter affrontare altri problemi.

Il sito di NIAC con le varie proposte 2020 in fase 1, 2 e 3:


La pagina NASA col dettaglio di SGL:

Un articolo di Parabolic Arc con anche l’ammontare del contributo:
http://www.parabolicarc.com/2020/04/10/niac-award-exoplanet-imaging-using-solar-gravitational-lens/
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dopodichè per puntare un altro oggetto non è che puoi spostare il sole… Senza teletrasporto rimane solo una possibilità su cui discutere.

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Beh si sposta la sonda che sarebbe in una ampissima orbita solare. La domanda sarebbe per quanto a lungo si può osservare un pianeta. Poi essendo così lontani gli oggetti da osservare magari basta una minima manovra della sonda per cambiare pianeta/stella

Un istante e in velocissimo movimento che è proporzionato allo sproporzionato ingrandimento della lente gravitazionale. Poi c’è il discorso della messa a fuoco che probabilmente è un problema ancora più grosso.

Ci sarebbe una “leggerissima” latenza del mandare i comandi.

Per ottenere cifre, se volessimo mettere un satellite in orbita a 100 UA dal sole usando il trasferimento hohmann, avremmo bisogno di un deltaV con un’orbita terrestre bassa di 8,5 km / s (in breve, questo equivale a posizionare un lanciatore su un altro lanciatore), quindi un DeltaV a 2,6 km / s per far circolare l’orbita di trasferimento e in particolare il tempo di viaggio è di 180 anni. Possiamo usare l’assistenza gravitazionale per accelerare le cose, ma se vogliamo ridurre il tempo a qualche decennio, ci vorrà molta più propulsione. Inoltre, più breve è il tempo di percorrenza, più aumenta il DV necessario per la circolazione, ma con la sostanza chimica questo aumenterebbe troppo la massa iniziale, l’energia solare-elettrica sarà inefficace per quanto rimane solo la soluzione nucleare.

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Quello è sicuro, ma si parla secondi o femtosecondi? Tra i due c’è un’eternità di differenza. E anche per la messa a fuoco (che dipende dalla distanza dal Sole): si parla di una precisione di centiania di chilometri o di centimetri? Come e quanto si potrà compensare con un gruppo ottico? E che lunghezza d’onda conviene osservare? E ci sono domande da porsi più importanti di queste?

Hehe, appena ho tempo mi leggo un po’ di materiale (grazie @Vespiacic!).

Per quanto riguarda la latenza dei comandi si tratterebbe di una missione altamente automatizzata. Si sceglie un punto dal quale si crede ci sia una maggiore probabilità di vedere qualcosa di interessante, si manda la sonda lì e fondamentalmente poi si tratterebbe di aspettare.

Funzionerebbe un po’ come un’attuale missione di ricerca degli esopianeti: si programma la sonda per scegliere statisticamente cosa è meglio fare e poi lei ci invia delle cartoline da distante - di posti ancora più distanti.

Grazie per aver fatto qualche conto. “Fortunatamente” si potrebbe iniziare ad osservare prima di circolarizzare l’orbita solare.

Avete ragione tutti, non siamo ancora pronti per lanciare questa missione, infatti l’ho detto nel primo post.
Per quanto riguarda i tempi di messa a fuoco, purtroppo non vi so rispondere e non sono citati nel paper.
Per quanto riguarda la messa in orbita a quella distanza, non si usa sicuramente un trasferimento alla Hohmann, nel paper parlano di una manovra gravitazionale ancora mai tentata, passando a pochi raggi solari dalla nostra stella. È una nuova traiettoria di cui si sta discutendo per molte nuove missioni interstellari proposte. Soprattutto non si circolarizzerà l’orbita, le sonde staranno lì per qualche decennio e poi decadranno.

Inoltre, per quanto riguarda la scelta dell’obiettivo, si parla di tanti piccoli telescopi sparpagliati, che possono mettere a fuoco in punti diversi. E sì, la latenza sarà altissima, la sonda dovrà essere in grado di gestirsi da sola.

È un concetp, infatti ho postato in “X Series, Concepts Whatiffing” e non in “missioni robotiche in corso”. Ed è anche il concept più realizzabile promosso dal NIAC nel 2020, l’unico che ha raggiunto la terza fase. Il NIAC si occupa di queste cose un po’ troppo spostate nel futuro.

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Quanto cambierebbe la cosa se partissimo dalla faccia nascosta della Luna, supponendo ovviamente di disporre in loco delle infrastrutture e del carburante necessario ?

Non so come Phoenix abbia fatto i calcoli, ma se come penso ha preso come punto di partenza l’orbita della Terra, non cambierebbe praticamente niente sia in tempi sia in deltaV

Non mi torna (a parte i tempi)
Se fosse vero, vorrebbe dire che c’è un DeltaV pari a zero per andare dall’orbita terrestre bassa alla Luna…

Questa è esattamente l’ipotesi di Claudio Maccone per pote comunicare con le sonde Breakthrough Starshot ad Alfa Centauri. Usare il Sole come lente per focalizzare le onde radio con un guadagno formidabile, verso un satellite posto a 500 UA. Secondo Maccone il posizionamento non è poi neppure troppo critico, almeno per il radio.
Quando l’ha esposta alla NASA si sono ovviamente messi a ridere, per l’enormità della distanza e della durata di missione. Però è una opzione reale ed investigabile, e credo che al momento sia praticamente l’unica opzione in ballo per comunicare con quei piccolissimi oggetti.
Non ho mai sentito Maccone parlare di ottico; già con il radio le complicazioni sono davvero tante, senza cercare di fare imaging.
Di sicuro ne abbiamo parlato, nel forum.

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Sì avresti un risparmio di Δv a partire dall’orbita lunare (in quanto più lontano dal pozzo gravitazionale della Terra), ma è davvero poco rispetto al totale. Sarebbe un risparmio più piccolo dell’errore sulla stima che potremmo fare sul calcolo di quanto servirebbe per arrivare così lontano, per quello è difficile rispondere alla tua domanda!

La tua proposta sottointende fabbricare e lanciare le sonde dalla Luna, e quindi la filiera industriale per estrarre le materia prime, raffinarle, produrre energia… Stai parlando di una Luna colonizzata già da un po’ di tempo!

Non ho letto il paper ma c’è scritto come pensano di mirare un esopianeta e tenere l’asse di questo telescopio virtuale allineato quando l’oculare si trova in orbita (qualsiasi tipo di orbita essa sia) e la lente principale anch’essa è in movimento (sia perchè il sole orbita anch esso attorno al baricentro del sistema solare e anche perchè lo stesso sistema solare è in movimento rispetto agli altri sistemi solari)?

Ma in soldoni in quanto si quantificherebbe questo guadagno? (scusate l’italiacano :slight_smile: )

Qui si parla di ingrandimento che dovrebbe essere il “guadagno dell’ottico”… giusto?

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Futuribile per futuribile…
Comunque questo mi torna molto di più: c’è un vantaggio trascurabile per questo tipo di missioni.
Perché la cosa sia gestibile dovresti partire da un oggetto sulla fascia di Kuiper …
Magari anche sul suo bordo esterno (ci si arriverà, ma non così presto :grin:)
È anche vero che se ti fai il conto partendo già dall’orbita terrestre ti sei giocato il grosso vantaggio di partire dalla Luna (il doverla raggiungere, l’orbita terrestre)
Un altro vantaggio è quello di poter usare un reattore nucleare come propulsore con molte meno remore che per un lancio dalla Terra (al solito partendo dal presupposto di avere una linea di produzione di plutonio o assimilabili in loco)
Quanto all’industrializazione della Luna, io me la immagino per la metà del secolo e finalizzata principalmente alla produzione commerciale di satelliti in orbita terrestre e come punto di partenza per missioni scientifiche e basi scientifiche permanenti nel sistema solare interno: Marte, Venere, ma anche la fascia principale degli asteroidi.
Da quest’ultima parte un altro mondo, ma ci siamo già giocati buona parte di questo secolo :blush::blush:

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Come puntare un atomo in un pagliaio insomma. Mi piacerebbe sentire il parere di un’astronomo praticante indipendente che avvalori questo concept.

Interessantissima prospettiva, scoprire un pianeta con oceani di acqua, a pochi anni luce da noi.

Prodomo ad una espansione dell’umanità oltre il sistema solare.

Purtroppo non compatibile con i pochi decenni di vita che mi restano, nel migliore dei casi…

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Il guadagno dipende dall’acuratezza della focalizzazione, e da tanti parametri. Il Sole è rumoroso in ottico (mi dicono sia una stella) quindi deve essere occultato; ma anche la cromosfera non è che non sia luminosa. Magari si possono migliorare le cose osservando in IR. Nel radio, se ricordo bene, il guadagno stimato è di 60-70 dB, una enormità, da sommare al guadagno della parabola del satellite.
L’attenuazione di tratta per Alfa Centauri (4,5 anni luce) è uno spaventoso 384,5 dB.
Facendo un conto della serva, supponendo che le microsonde possano mettere assieme una potenza di trasmissione combinata di 1 kW con un guadagno complessivo di 20 dB (non ho la più pallida idea di come potrebbero fare, ma tant’è, è giusto un’ipotesi), assumendo un’antenna ricevente di 20 m a 27 GHz e 70 dB di guadagno di focalizzazione del Sole, beh, mancherebbero ancora 20 dB per ricevere 1 bit/s.
In ottico… non lo so, dovrei leggermi il paper e capire i calcoli.

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