Pläne zum Einsatz einer Solarlinse reichen bis in die 1970er Jahre zurück. In jüngerer Zeit haben Astronomen die Entwicklung einer Flotte kleiner, leichter Cubesats vorgeschlagen, die Sonnensegel einsetzen würden, um sie auf 542 AE zu beschleunigen. Dort würden sie ihre Manöver verlangsamen und koordinieren, ein Bild erstellen und die Daten zur Verarbeitung an die Erde zurücksenden.
Mithilfe eines als Gravitationslinseneffekt bekannten Phänomens wäre es möglich, die Sonne als riesiges Teleskop zu nutzen, um in den Weltraum zu blicken. Es gibt unglaublich leistungsstarke Teleskope, die atemberaubende Ausblicke auf den Kosmos und Einblicke in die Anfänge des Universums ermöglichen. Diese Observatorien, wie das James Webb Space Telescope (JWST), sind erstaunliche Ingenieurleistungen, die Milliarden von Dollar und jahrzehntelange Arbeit erforderten.
Aber was wäre, wenn wir auf ein noch besseres Teleskop zugreifen könnten, das bereits existiert? Dies wäre kein typisches Teleskop. Es hätte nicht einmal ein Objektiv. Aber es wäre das leistungsstärkste Teleskop, das wir je gebaut haben. Dieses Teleskop wird die Sonne selbst nutzen.
Um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie leistungsstark ein solarbetriebenes Teleskop sein kann, betrachten Sie JWST. Mit einem Spiegel von 21,3 Fuß (6,5 Meter) Durchmesser ist JWST in der Lage, eine Auflösung von etwa einer Zehntel Bogensekunde zu erreichen, etwa 600-mal besser als das menschliche Auge. Bei dieser Auflösung könnte das Teleskop Details auf einer Münze in 40 Kilometern Entfernung erkennen oder das Design auf einem Fußball in 550 Kilometern Entfernung erfassen.
Ein weiteres Beispiel ist das Event Horizon Telescope, bei dem es sich eigentlich um ein Netzwerk aus einzelnen, über die Welt verstreuten Instrumenten handelt. Durch die sorgfältige Koordination seiner Elemente hat uns das Teleskop dramatische Bilder der Gasscheiben geliefert, die riesige Schwarze Löcher umgeben. Dafür konnte er eine beeindruckende Auflösung von 20 Mikrobogensekunden erreichen. Bei dieser Auflösung konnte das Teleskop eine Orange auf der Mondoberfläche erkennen.
Aber was ist, wenn wir noch größer werden wollen? Ein größeres Teleskop würde entweder riesige Schüsseln oder Netzwerke von Antennen erfordern, die über das Sonnensystem fliegen, was beides große Fortschritte in unseren technologischen Fähigkeiten erfordern würde.
Die Abbildung zeigt, wie die Gravitationslinse um die Sonne funktionieren könnte. Dani Zemba/Penn State, CC BY-NC-ND 4.0
Glücklicherweise gibt es bereits ein riesiges Teleskop mitten im Sonnensystem: die Sonne.
Auch wenn die Sonne nicht wie eine herkömmliche Linse oder ein herkömmlicher Spiegel aussieht, hat sie doch viel Masse. Und in Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie krümmen massive Objekte die Raumzeit um sich herum. Jedes Licht, das die Sonnenoberfläche berührt, wird abgelenkt und läuft nicht geradlinig weiter, sondern wird zusammen mit allem anderen Licht, das gleichzeitig die Sonne berührt, auf den Brennpunkt gerichtet.
Astronomen nutzen diesen Effekt, den sogenannten Gravitationslinseneffekt, bereits, um die am weitesten entfernten Galaxien im Universum zu untersuchen. Wenn das Licht dieser Galaxien in die Nähe eines riesigen Galaxienhaufens gelangt, verstärkt und vergrößert die Masse dieses Galaxienhaufens das Hintergrundbild, sodass wir viel weiter sehen können, als wir es normalerweise könnten.
„Solarer Gravitationslinseneffekt“ führt zu einer nahezu unglaublich hohen Auflösung. Es ist, als ob wir ein Teleskop hätten, das die Breite der gesamten Sonne widerspiegelt. Ein am richtigen Brennpunkt positioniertes Instrument könnte die Gravitationsverbiegung der Sonnengravitation nutzen, um uns die Beobachtung des fernen Universums mit einer atemberaubenden Auflösung von 10^-10 Bogensekunden zu ermöglichen. Dies ist etwa eine Million Mal leistungsstärker als das Event Horizon Telescope.
Natürlich gibt es Probleme bei der Verwendung einer Sonnengravitationslinse als natürliches Teleskop. Der Brennpunkt all dieser Lichtbrechung liegt 542-mal weiter als die Entfernung zwischen der Erde und der Sonne. Das ist die elffache Entfernung zu Pluto und die dreifache Entfernung, die das am weitesten entfernte Raumschiff der Menschheit, Voyager 1, zurücklegte, das 1977 gestartet wurde.
Wir müssen das Raumschiff also nicht nur weiter als je zuvor schicken, sondern es muss auch über genügend Treibstoff verfügen, um dort zu bleiben und sich fortzubewegen. Die von der solaren Gravitationslinse erzeugten Bilder werden über Dutzende Kilometer im Weltraum verstreut, sodass die Raumsonde das gesamte Feld abtasten muss, um ein vollständiges Mosaik des Bildes zu erstellen.
Obwohl es lächerlich erscheinen mag, ist das Konzept nicht so weit von der Realität entfernt. Und was bekommen wir mit so einem Superteleskop? Wenn es beispielsweise auf Proxima b, den nächstgelegenen bekannten Exoplaneten, gerichtet wäre, würde es eine Auflösung von 1 Kilometer liefern. Angesichts der Tatsache, dass die Pläne für die Nachfolger von JWST darin bestehen, Fähigkeiten zur Abbildung von Exoplaneten zu entwickeln, bei denen der gesamte Planet in eine Handvoll Pixel passt, stellt die Sonnengravitationslinse diese Ideen in den Schatten; Es ist in der Lage, ein exquisites Porträt der detaillierten Oberflächenmerkmale jedes Exoplaneten in einem Umkreis von 100 Lichtjahren zu liefern, ganz zu schweigen von all den anderen astronomischen Beobachtungen, die es machen könnte.
Zu sagen, dass es besser sein wird als jedes bekannte Teleskop, ist eine Untertreibung. Das wird besser sein als jedes Teleskop, das wir in den nächsten hundert Jahren jemals bauen könnten. Das Teleskop existiert bereits – wir müssen nur die Kamera in die richtige Position bringen.