科学者たちは太陽の重力を利用して星間の通信をしたいと考えている

重力レンズ効果は、質量のある物体が時空構造に波紋やへこみを作るときに発生し、光はその線に沿って進むため、虫眼鏡のような効果が生じることがあります。これは、SF の突飛な話のように聞こえ、また見えますが、実際には天文学において非常に重要なツールです。ジェイムズ ウェッブ宇宙望遠鏡は、この目的のため、最近よくニュースになっています。宇宙の巨大な銀河団の周りで光がどのように曲がるかを観察し、その背後にあるより遠くにある、より暗い古い銀河を明らかにしています。

現在、NASAジェット推進研究所の科学者スラヴァ・トゥリシェフ氏は、太陽を利用して、こうした重力レンズの1つをより身近に利用しようとしている。プレプリントサーバーarXivに投稿された新しい論文で、トゥリシェフ氏は、太陽の重力をこのように利用することが実際に可能であり、非常に優れた用途があることを示すために必要な詳細な数学と物理学をすべて計算している。いわゆる「太陽重力レンズ」（SGL）は、星間通信のために恒星に光メッセージを送信したり、遠く離れた太陽系外惑星の表面を調査したりするのに役立つ可能性がある。

「恒星の重力レンズ効果を利用することで、天文学は観測能力において革命的な飛躍を遂げるだろう」と、この新しい研究には関わっていないペンシルベニア州立大学の天文学者ニック・タセイ氏は言う。「光は双方向に作用するので、もし通信できる相手が宇宙にいたとしても、通信能力も向上するだろう。」

地球上の望遠鏡に関しては、大きいほど良いことは間違いありません。遠くにある非常にかすかな物体を見つけるのに十分な光を集めるには、光を集中させる巨大な鏡やレンズが必要ですが、実際に作れる大きさは限られています。そこで、より大きな望遠鏡を作る代わりに、太陽の重力によって曲げられた時空を利用して焦点を合わせる SGL が登場します。

「SGL を使用すると、より大きな望遠鏡を建造する必要がなくなり、代わりに望遠鏡を太陽の焦点距離までどうやって運ぶか (そしてどうやってそこに留めるか) という問題が浮上します」と、この新しい研究には関わっていないバークレーの天文学者メイシー・ヒューストンは説明する。「そして、この問題を解決するための多くの研究が進行中です」と彼らは付け加えた。

トゥリシェフ氏は、1メートルの望遠鏡（有名なハッブル望遠鏡の半分以下の大きさ）を太陽の重力井戸の焦点まで送るミッションの設計に積極的に取り組んでいる。これはかなりの旅だ。この焦点は太陽から約650AU離れており、人類の現在の距離記録保持者であるボイジャー1号のほぼ5倍の距離にある。一生もかからずにこれほどの遠距離に到達するため、チームは最先端のソーラーセイル技術を頼りに、これまでよりも速く移動している。

現在、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は他の恒星の周りの惑星の大気を調査しており、2040年代に予定されている将来のハビタブル・ワールド・オブザーバトリーは、太陽系外惑星の大気を詳細に観察して生命の兆候を見つけることができるようになると期待されている。トゥリシェフのミッションは、他の惑星での生命確認に向けた次の大きな一歩となり、うまくいけば2035年頃に打ち上げられる予定だ。JWSTとHWOが興味深い可能性のある惑星を特定したら、SGL望遠鏡が太陽系外惑星の表面を実際に詳細にマッピングする。トゥリシェフは、700×700ピクセルに拡大した惑星を見ることができると主張している。これは、直接撮像の現在の2〜3ピクセルから大幅に改善されたものだ。「たとえば、その太陽系外惑星にメタンを放出している沼地があれば、それがこの大陸のこの島に位置しているものだとわかるでしょう」と彼は説明する。

さらにSFの未来を見据えると、この同じSGL技術は「太陽系から他の惑星系を詳細に観察するための望遠鏡」としてだけでなく、「（意図的な通信のための）恒星間通信ネットワーク」としても使用できるとヒューストン氏は言う。太陽の重力焦点に配置されたレーザーは、現在の地球上のビーコン技術ほど信号を失うことなく、他の恒星にメッセージを送信できる。

「もし我々が恒星間文明を持つようになったら、この [SGL] は星系間の通信手段として最も効果的である可能性がある」とトゥセイ氏は言う。1900 年代初頭から地球の大気圏から漏れ出している我々の無線送信は、​​地球から遠ざかるほど急速に弱くなる。トゥリシェフ氏の数学的計算によると、現実世界のノイズの多い背景を考慮しても、SGL から送信された信号は近くの星からの距離で簡単に感知できる。SGL 経由の送信は「禁止されているわけではなく、物理学によって奨励されている」とトゥリシェフ氏は言う。

ただし、この技術で星間の障害がすべて解決するわけではない。メッセージは送れるかもしれないが、星々の間を旅する方法はまだない。銀河との通話にも大きな遅延が生じる。友達と FaceTime で話すより、馬に乗って国中を手紙で送るのと同じようなものだ。「光には依然として最高速度がある」とトゥセイ氏は注意を促す。その結果、4 光年離れた星にメッセージを送るには、そこに届くまでに 4 年かかり、応答が届くまでにさらに 4 年かかる。それでも、太陽の重力レンズは、SF の未来を現実にするための大きな一歩だ。