E se potessimo scattare una foto di un pianeta simile alla Terra attorno a un'altra stella abbastanza nitida da vedere i continenti, oceani, e nuvole?

Proprio adesso, è impossibile. Dal nostro punto di vista, gli esopianeti, i pianeti in orbita attorno ad altre stelle, sembrano lucciole accanto ai riflettori. Nelle poche immagini che siamo riusciti a far loro, gli esopianeti sono semplici punti. Anche se la prossima generazione di telescopi spaziali è online, questo non cambierà:avresti bisogno di un telescopio largo 90 chilometri per vedere le caratteristiche della superficie su un pianeta distante 100 anni luce.

Un gruppo di ricercatori ha un piano audace per superare queste difficoltà. Implica l'uso di veicoli spaziali a vela solare, forse un'intera flotta di essi, per volare più velocemente e più lontano dalla Terra rispetto a qualsiasi precedente sonda spaziale, girarsi, e usa la gravità del nostro Sole lontano come una lente d'ingrandimento gigante. Se funziona, cattureremo un'immagine di un esopianeta così nitida da poter vedere caratteristiche di appena 10 chilometri di diametro.

Il progetto, chiamata lente a gravità solare, o SGL, sembra uscito direttamente dalla fantascienza. NASA e un insieme di università, società aerospaziali e altre organizzazioni sono coinvolte, così come il co-fondatore della Planetary Society Lou Friedman, l'originale guru della vela solare.

"Sono sempre entusiasta di provare a far accadere qualcosa che non può accadere in nessun altro modo, " disse Friedman, un consulente per il progetto SGL che ha guidato uno sforzo della NASA negli anni '70 per inviare una navicella spaziale a vela solare sulla cometa di Halley. "L'intero motivo per cui abbiamo iniziato con la navigazione solare presso la Planetary Society è stato perché ci ha permesso di fare i primi passi verso l'esplorazione interstellare. Il nostro LightSail ha funzionato davvero bene, e il suo successo dà fiducia e credibilità all'idea di navigare attraverso il sistema solare."

Il piano ha molti ostacoli, ma il guadagno sarebbe incredibile, disse Slava Turyshev, un fisico del Jet Propulsion Laboratory della NASA che sta guidando il progetto Solar Gravity Lens.

"Nel nostro quartiere solare, che classifichiamo come entro 100 anni luce, abbiamo identificato diversi esopianeti che potrebbero trovarsi nella zona abitabile della loro stella, " disse Turishev, riferendosi al non troppo caldo, regione non troppo fredda attorno a una stella in cui potrebbe esistere acqua liquida. "E così ora abbiamo la domanda, cosa faremmo se trovassimo qualcosa che indica la presenza di vita su un esopianeta? Potremmo viaggiare lì, o almeno vederlo?"

Come funziona

Albert Einstein predisse più di un secolo fa l'idea che la gravità può piegare e ingrandire la luce, un concetto noto come lente gravitazionale. Dal punto di vista dell'osservatore, la luce di un oggetto distante che passa vicino a un enorme oggetto in primo piano viene distorta e ingrandita, a patto che l'osservatore sia nel posto giusto, noto come punto focale. È simile al modo in cui puoi mettere a fuoco una fotocamera trovando la giusta distanza dal tuo obiettivo, invece di regolare la messa a fuoco della fotocamera.

Il telescopio spaziale Hubble e altri osservatori hanno osservato questo fenomeno:archi e anelli sottili di galassie lontane, distorto e ingrandito dalla gravità delle galassie più vicine.

I ricercatori dietro il progetto SGL dicono che possiamo fare la stessa cosa per gli esopianeti:dobbiamo solo raggiungere il punto focale. Per un pianeta extrasolare distante 100 anni luce, il punto focale è a 97 miliardi di chilometri (60 miliardi di miglia) di distanza, 16 volte più lontano dal Sole di Plutone. Viaggiatore 1, che si è avventurato nello spazio più di qualsiasi altro oggetto creato dall'uomo, ha percorso solo circa 20 miliardi di chilometri (13 miliardi di miglia), e la navicella ha impiegato 40 anni per arrivarci.

La soluzione per arrivarci più velocemente? Vela solare.

Le vele solari catturano lo slancio della luce dal Sole e lo usano come propulsione. Utilizzando questa tecnologia, una navicella spaziale SGL volerebbe vicino al Sole, prendere velocità e lanciarsi verso i confini esterni del nostro sistema solare, facendo il viaggio in soli 25 anni.

Invece del grande, navicelle spaziali pesanti utilizzate in passato, i ricercatori immaginano piccoli, sonde resilienti che potrebbero catturare razzi nello spazio con altre missioni per ridurre i costi di lancio. Una possibilità è quella di utilizzare sciami di CubeSat delle dimensioni di una pagnotta di pane, simile a LightSail 2, che potrebbe autoassemblarsi per creare un più grande, sistema ottico unico. Se i veicoli spaziali sono abbastanza economici, le missioni potrebbero essere inviate ai punti focali per più esopianeti.

Nella regione focale, la luce del pianeta extrasolare verrebbe spalmata in un cerchio noto come anello di Einstein. L'anello conterrebbe 2 parti. Una parte verrebbe da un singolo, Una porzione di 10 per 10 chilometri dell'esopianeta e produce solo un singolo pixel nell'immagine finale. La parte conterrebbe la luce del resto dell'esopianeta. Mentre l'astronave sfreccia attraverso la regione focale, avrebbe bisogno di muoversi usando propulsori ionici in miniatura - la luce solare sarebbe troppo debole per la navigazione solare a questa distanza - per cambiare la porzione dell'esopianeta a fuoco.

Con l'ottica giusta, scattare 1 milione di foto degli anelli da luoghi diversi potrebbe produrre un'immagine simile a quella scattata dalla Luna dagli astronauti dell'Apollo 8 nel 1968, e cattura le caratteristiche della superficie fino a 10 chilometri di diametro.

È fattibile?

Le sfide tecnologiche per SGL sono scoraggianti, per non dire altro. Per i principianti, c'è la questione della navigazione precisa, comunicazioni a lunga distanza, e la necessità di un parasole per impedire alla luce del nostro Sole di entrare nel telescopio. Sarebbe anche necessario un coronografo per bloccare la luce dalla stella del genitore dell'esopianeta.

La NASA crede abbastanza nel concetto da avergli recentemente assegnato una sovvenzione di $ 2 milioni dal suo programma NIAC (NASA Innovative Advanced Concepts). NIAC, che esiste dal 1998, fornisce denaro iniziale per aiutare le idee innovative a uscire dal tavolo da disegno. SGL è solo il terzo studio nella storia del programma a raggiungere la terza fase del progetto.

Il successo del progetto può essere nel suo team eterogeneo, un approccio unico per i progetti NIAC. Lo sforzo cooperativo include diversi ricercatori del JPL e più università, compreso l'UCLA, l'Università dell'Arizona, e Wesleyan University. Compagnie spaziali The Aerospace Corporation e NXTRAC Inc. sono coinvolte, entrambi specializzati nella progettazione di missioni e analisi tecniche. Questo sforzo multi-organizzativo riunisce le ultime innovazioni tecnologiche, come tecnologie innovative nelle vele solari, intelligenza artificiale, nanosatelliti, e volo di formazione.

"Una missione come SGL può portare a una trasformazione nel modo in cui esploriamo lo spazio, " ha detto Thomas Heinsheimer, il co-responsabile tecnico per la missione SGLF dal partner Aerospace Corporation, "passando dal grande veicolo spaziale costoso che ci ha servito bene in passato, a sciami di piccole imbarcazioni, lavorare insieme, per fare nuove scoperte lontano dalla Terra. SGL crea un'architettura di esplorazione per molte organizzazioni spaziali per lavorare insieme per rispondere a una domanda stimolante:"Siamo soli nell'universo?"

Turyshev ritiene che l'attuale generazione potrebbe essere in grado di rispondere a questa domanda, con SGL che funge da "punto focale" per aiutare a trasformare l'industria spaziale in un'impresa più cooperativa.

"SGL potrebbe fornire quel punto per molteplici sforzi tecnologici per spingerci davvero in avanti per fare il primo passo al di fuori del sistema solare, " ha detto. "Le tecnologie necessarie esistono già, ma la sfida è come utilizzare quella tecnologia, come accelerare il loro sviluppo, e poi come utilizzarli al meglio. Penso che siamo all'inizio di un periodo entusiasmante nell'industria spaziale, dove sarebbe pratico arrivare a SGL, e scientificamente entusiasmante."