Zivilisationen könnten Gravitationslinsen nutzen, um Energie von Stern zu Stern zu übertragen

Im Jahr 1916 gab der berühmte theoretische Physiker Albert Einstein seiner Allgemeinen Relativitätstheorie den letzten Schliff, einer geometrischen Theorie darüber, wie die Schwerkraft die Krümmung der Raumzeit verändert. Die revolutionäre Theorie bleibt die Grundlage unserer Modelle zur Entstehung und Entwicklung des Universums. Eines der vielen Dinge, die GR vorhersagte, waren sogenannte Gravitationslinsen, bei denen Objekte mit massiven Gravitationsfeldern das Licht von weiter entfernten Objekten verzerren und verstärken. Astronomen haben Linsen verwendet, um Tieffeldbeobachtungen durchzuführen und weiter in den Weltraum zu blicken.

In den letzten Jahren haben Wissenschaftler wie Claudio Maccone und Slava Turyshev untersucht, wie die Nutzung unserer Sonne als Sonnengravitationslinse (SGL) enorme Anwendungen für die Astronomie und die Suche nach außerirdischer Intelligenz (SETI) haben könnte. Zwei bemerkenswerte Beispiele sind die detaillierte Untersuchung von Exoplaneten oder die Schaffung eines interstellaren Kommunikationsnetzwerks (eines „galaktischen Internets“). In einem aktuellen Artikel schlägt Turyshev vor, wie fortgeschrittene Zivilisationen SGLs nutzen könnten, um Energie von Stern zu Stern zu übertragen – eine Möglichkeit, die erhebliche Auswirkungen auf unsere Suche nach Technosignaturen haben könnte.

Der Vordruck von Turyshevs Artikel „Gravitationslinsen für die interstellare Energieübertragung“ wurde kürzlich veröffentlicht arXiv und wird zur Veröffentlichung in geprüft Körperliche Untersuchung D. Slava G. Turyshev ist wissenschaftlicher Mitarbeiter der Structure of the Universe Research Group am Jet Propulsion Laboratory der NASA. Diese Gruppe beschäftigt sich mit einem breiten Spektrum an Forschungsthemen im Zusammenhang mit der Entwicklung des Universums vom Urknall bis heute. Dazu gehören die Entstehung der ersten Sterne und Galaxien, die Rolle der Dunklen Materie und der Dunklen Energie bei der Entstehung großräumiger kosmischer Strukturen bzw. die beschleunigte Expansion des kosmischen Universums.

In früheren Arbeiten haben Turyshev und sein Kollege, Senior Research Fellow Viktor Toth (Carleton University), die Physik von Gravitationslinsen ausführlich untersucht. Sie haben auch untersucht, wie ein Raumschiff, das sich im Fokusbereich eines SGL befindet, modernste Astronomie ermöglichen würde. Dazu gehört, wie ein SGL das Licht von schwachen entfernten Objekten (wie Exoplaneten) so weit verstärken könnte, dass die Auflösung mit Beobachtungen aus einer hohen Umlaufbahn vergleichbar wäre. In einem anderen Artikel zeigte der SETI-Astronom und Mathematiker Claudio Maccone, wie SGLs die Kommunikation zwischen Sternen erleichtern könnten.

In dieser neuesten Arbeit untersuchte Turyshev, wie der Gravitationsbrennpunkt eines Sterns genutzt werden könnte, um Energie zu bündeln und sie auf andere Sternensysteme zu übertragen. Wie er in seiner Arbeit andeutete, könnte die gleiche (maßstabsgetreue) Ausrüstung, die für die interplanetare Kommunikation verwendet wird, Paaren stellarer Gravitationslinsen ermöglichen, die Energieübertragung über interstellare Entfernungen zu erleichtern. Diese Konfiguration würde von der Lichtverstärkung durch beide Linsen profitieren und eine deutliche Steigerung des Signal-Rausch-Verhältnisses (SNR) des übertragenen Signals ermöglichen. Aber wie Turyshev Universe Today per E-Mail mitteilte, wurde noch keine umfassende Analyse dieser Szenarien durchgeführt:

„Dies ist das Thema, von dem ich mich schon seit geraumer Zeit fernhalten möchte, da noch keine analytischen Werkzeuge zur Untersuchung der Kraftübertragung entwickelt wurden. Viele relevante und wichtige Themen sind mittlerweile gut verstanden und haben zu dieser Arbeit geführt. In diesem Artikel „Ich habe mir die Machbarkeit der interstellaren Energieübertragung angesehen und konnte zeigen, dass es möglich ist, ein praktisch relevantes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zu erreichen, und damit gezeigt, dass man die SGLs für diesen Zweck nutzen kann.“

Für diese Studie verwendete Turyshev Analysewerkzeuge aus seiner früheren Arbeit mit SGLs, um zu untersuchen, wie Licht in Mehrlinsensystemen verstärkt werden kann. Anschließend wandte er dieselben Methoden auf drei Freiraum-Laserleistungsübertragungsszenarien an, bei denen die Linsenung entweder mit einer Einzellinse oder mit Doppellinsen erfolgt. In allen Fällen ist ein Punktsender im Fokusbereich der Linse positioniert, der die vom Empfänger aufgenommene Leistung verstärkt. Die Ergebnisse zeigen, dass Power Beaming den gleichen Prinzipien wie Lichtverstärkung folgt und mit einer ähnlichen Infrastruktur durchgeführt werden kann.

Weltraumgestützte Solarenergie gilt als eines der effektivsten Mittel, um den Planeten mit sauberer, erneuerbarer Energie zu versorgen. Bei dieser Methode sammeln Satelliten im niedrigen Erdorbit (LEO) 24 Stunden am Tag Sonnenenergie und strahlen sie mithilfe von Mikrowellenlasern an Empfangsstationen auf der Erde. In dieser Hinsicht könnte der Einsatz von SGLs zur Übertragung von Energie von System zu System die weltraumgestützte Solarenergie auf den interstellaren Raum ausdehnen und so alles von der interstellaren Erkundung bis zur interstellaren Besiedlung erleichtern. Wie Turyshev gezeigt hat, ist die Mathematik solide, aber es gibt noch viel zu tun:

„Wir zeigen die Machbarkeit und stellen die Werkzeuge bereit, mit denen man mit all diesen Nuancen umgehen kann. Und wir haben bereits ziemlich gute SNRs, sodass die Einbeziehung dieser zusätzlichen Modellierungsterme die Empfindlichkeit nicht wesentlich verringern wird. Dies ist also das erste Papier, das sich damit befasst.“ Alle Themen werden auf nicht spekulative Weise behandelt und konzentrieren sich nur auf die beteiligte Physik. Viele weitere Themen müssen angesprochen werden – Fehlausrichtung von Sender, Linse 1, Linse 2 und Empfänger, das Vorhandensein nicht verschwindender Quadrupolmomente, die die innere Struktur der Linse charakterisieren, usw. Aber Jetzt müssen wir uns nur noch mit jedem einzelnen von ihnen befassen.“