Группа исследователей во главе с Мэтью Мак-Квином из Института перспективных концепций NASA (NIAC) разработала Cosmic Positioning System (CPS) — масштабный проект своего рода «космической GPS» на базе спутников, расположенных на орбитах в диапазоне от 20 до 100 астрономических единиц (а.е.) от Солнца. Система предполагает развертывание как минимум пяти спутников с большими антеннами для оценки расстояний до космических объектов по взаимному сравнению времени поступления сигналов от этих объектов. Статья опубликована на портале препринтов arXiv.
Авторы подчеркивают, что это не просто «технологическое упражнение» — они рассчитывают, что такая система позволит значительно уточнить фундаментальную космологическую величину — постоянную Хаббла, характеризующую скорость расширения Вселенной. На текущий момент разные методы измерения этой константы дают несовпадающие результаты — 67,4 км/с на мегапарсек по данным наблюдения реликтового излучения и около 73 км/с на мегапарсек по наблюдениям за переменными звездами и сверхновыми. Это явление в астрофизике называют «напряжением Хаббла» (Hubble Tension) или парадоксом Хаббла.
Современные измерительные инструменты, такие как Спектроскопический прибор для изучения темной энергии (Dark Energy Spectroscopic Instrument, DESI) и космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST), мало что сделали для разрешения этого противоречия и даже заставили теоретиков задуматься о том, может ли темная энергия эволюционировать с течением времени. Теоретически более чувствительный эксперимент мог бы положить конец этим спекуляциям. Но для того, чтобы стать более чувствительным к этим незначительным различиям, нужна по-настоящему мощная инфраструктура.
Как это должно работать
CPS использует принцип, схожий с GPS — но в масштабах всей Солнечной системы. Спутники с 8–9-метровыми антеннами и сверхточными атомными часами (аналогичными Deep Space Atomic Clock от NASA) будут измерять время прихода электромагнитных волн от высокоэнергетических источников, например, быстрых радиовспышек (fast radio bursts, FRB). Микроскопическая разница времени фиксации сигналов между аппаратами группировки позволит измерить расстояние до источника с беспрецедентной точностью.
Для питания аппаратуры на таких отдаленных орбитах, где солнечного света мало, предлагается использовать радиоизотопные генераторы, что обеспечит работу как антенн, так и электроники даже при низких температурах около 20К.
Дополнительные научные цели системы предполагают:
- Поиск микро-герцевых гравитационных волн;
- Анализ «комковатой» структуры темной материи;
- Изучение гравитации в поясе Койпера.
Еще одна задача — поиск гипотетического «Девятой планеты» — объекта, который, если он существует, мог бы объяснить аномалии в распределении транснептуновых тел.
Технические и финансовые вызовы
Хотя концепция CPS теоретически осуществима с помощью современных технологий, масштаб миссии, как и в случае большинство амбициозных астрофизических проектов, сразу ставит ребром вопрос финансирования. Как отмечают авторы публикации, NIAC оценивает научную перспективность проекта, но гарантии финансирования миссии пока не получены. Поэтому CPS остается в статусе концепта — хотя и технически проработанного.
Об альтернативном предложении разрешить противоречие Хаббла с помощью пятикратно линзированной сверхновой Winny рассказывает недавний материал Hi-Tech Mail.
