"A Nap távcső fókuszában"

SETI-s cikkekben, mint pl. Dan Wirthimer-el készült interjúban is gyakran olvashatjuk, hogy a Földet mintegy 60 éve folyamatosan elhagyó TV adásokat ebben a 60 fényév átmérőjű gömbben bárhol felfoghatják. Vice versa, egy idegen civilizáció által üzemeltetett, a mi TV adóinkhoz hasonló berendezés jeleit Arecibo óriás parabola antennánk is foghatja. Ezt olvashatjuk a cikkekben. Véleményem szerint ez az állítás csak túlzott optimizmus mellett tartható, a valóságban nincs erre remény. Persze elvi lehetőség van rá. Arecibo, de még inkább a jövőben felépülő SKA(1) rengeteg integrációs idő árán képes lehet egy csillagászati távolságban lévő TV adó észlelésére, de ennyi teleszkóp időt eddig még egyetlen megfigyelésre sem vettek igénybe, külön SETI-s teleszkópidő pedig legtöbbször csak álom marad. Az integrációs idő növelésének ezen kívül még "hardver" akadálya is van. Arecibo esetében például, ahol a tányér szilárdan van rögzítve, csak rövid ideig képes a célpont követésére (kb. 2 óra).

Tételezzük fel, hogy 60 fényév távolságban egy 100 kW-os, a mi TV adóinkhoz hasonló adóberendezés működik. Egy TV adó az elektromágneses energiát nagyjából egyenletesen sugározza ki a környező térbe, horizontól-horizontig sugároz. Messziről nézve a sugárzási tér félgömb alakú, ezért egyszerűen kiszámítható az adó fluxusa(2), az adótól x távolságban. P teljesítmény adott, az A felület pedig egyszerűen megkapható: egy x sugarú félgömb felülete (4*Pi*x*x). A fluxust kiszámítva azt kapjuk, hogy: 2.47E-32 watt/négyzetméter, az adótól 60 fényévre. Nulla egész, majd 32 nulla, látható hogy ez bizony nagyon kis érték, de vajon Arecibo-nak mennyire kicsi?

A Pioneer 10 jele Arecibo-ból nézve '99-ben.

Összehasonlításért nézzük meg, hogy a Pioneer 10, amely jelenleg kb. 86 csillagászati egységre jár a Földtől, milyen fluxust kelt. A Pioneer 10 jeléről a nagy távolság miatt már olyan gyenge, hogy a Deep Space Network(3) legnagyobb antennája (~70m) sem tudja már érzékelni. Egyedül Arecibo képes még rá. Egyenlőre. A Pioneer 8 wattal sugároz 2,74 méteres antennájával 2.29 Ghz-en. A Linkanal szerint 86 csillagászati egységre a szondától a sugárnyaláb szélessége 617 millió kilométerre növekszik, melyből a fluxus 2.67E-23 watt/négyzetméterre jön ki. Kilenc nagyságrenddel, milliárdszor erősebb, mint a 100 kW-os Tv adó jele. Mivel Arecibo a Pioneer-t sem veszi olyan nagyon tisztán, talán nem tévedek túl nagyot, ha mint laikus, a sok SETI-s cikkel ellentétben lehetetlennek tartom egy fényévekre lévő TV adó vételét Arecibo-val, SKA-val.

Az antenna érzékenysége egyenes arányosságban áll az antenna gyűjtőfelületével. Egy 60 fényév távolságban sugárzó Tv adót több km-es, több tucat kilométeres antennával lehetne "rutinszerűen" fogni. A világ legnagyobb mozgatható tányérral rendelkező teleszkóp átmérője csupán 100 méter, ettől nagyobbat nem igazán lehet építeni, egyszerűen nem bírná el saját súlyát a szerkezet. A talajba szilárdan rögzített antennáknál (Arecibo) gond az, hogy az ég csak egy kis hányadát tudja megfigyelni, azt is csak akkor, amikor felette van. Az SKA, a nevének megfelelően 1 négyzetkilométer gyűjtőfelülettel fog rendelkezni (Arecibo 0.07). Ez egyenértékű egy 1128 méter átmérőjű tányér felületével, ami még mindig messze van a több tucat kilométertől. Az egy négyzetkilométert sok kis tányér eredője fogja kiadni, ehhez pl. 310 darab 64 méteres tányérra van szükség!

Több tucat kilométeres tányér felülállítására a Földön nincs lehetőség, azűrben, vagy esetleg a Holdon viszont igen, hiszen ott kevés, vagy egyáltalán nincs nehézségi gyorsulás, így a szerkezetnek nem kell megtartani saját súlyát, hisz azűrben nincs is neki! Egy pl. 30 kilométeres tányér felépítése azűrben nem kis teljesítmény lehet, de egy ilyennel már gond nélkül lehetne fogni egy távoli Tv adót! Sőt, a két millió fényév távolságban lévő Androméda galaxisban lévő Arecibo méretű antenna jelzését is, mindezt elképesztő felbontásban.

Jelenlegi technikával egy 30 kilométeres antenna felállítása lehetetlen, de egy Nap távcső felállítása talán nem! Egy évszázaddal Einstein előtt már feltételezték, hogy a nagy tömegű testek befolyásolják a mellettük elhaladó fénysugarak, rádióhullámok útját, 1804-ben Soldner a Newton-i képletek alapján ki is számolta, miszerint a Nap felületét érintő fénysugárnak 0.87(4) ívmásodperccel kell eltérülnie eredeti irányától. Einstein először Soldner eredményéhez hasonló értéket hozott ki, majd később módosította véleményét, miszerint a helyes érték kétszeres, azaz 1.75 ívmásodperc. Ezt az értéket a későbbi mérések igazolták.

A tőlünk 60 fényévre lévő adó jelei elérik a Napot, a Nap felszínét súroló jelek pedig a lehető legnagyobb mértékben, 1.75 ívmásodperccel eltérnek eredeti útvonalaktól, mégpedig a Nap középpontja felé. Ezek a jelek egy kis fókuszáláson estek át, így egy bizonyos út megtétele után útjuk egy ponton találkozik. Ez az a pont ahová el kell helyeznünk antennánkat. Mekkora ez a távolság? A képen D1 és D2, egyszerű szögfüggvénnyel számítható: D1 = d1 / tan(béta). A lehető legnagyobb eltérítésnél d helyére a Nap sugarát kell behelyettesíteni így jön ki az 550 csillagászati egység. Tehát a Nap felszínét súroló jelek a Naptól 550 csillagászati egységnyire egyesülnek egy pontba. Az a Nap fókuszpontja. Más sugarak nem súrolják a napot, hanem attól egy kicsit messzebb haladnak el. Ezek is eltérülnek, csak kisebb mértékben, így ezeknek is lesz egy fókuszpontjuk, arányosan távolabb. Mivel Nap-távcsövünkkel gyenge jeleket akarunk találni, nem használhatjuk közvetlenül a napfelszínt súroló sugarakat, hiszen azokat nagyon zavarja a naptevékenység. Vizsgáljuk azon jelek útját, amelyek a Nap középpontjától 800 000 km-re haladnak. A nagyobb távolság miatt kisebb mértékben hajlanak el, a fókuszpontjuk (F2) mintegy 730 csillagászati egységre található. Ha ebbe a távolságba behelyezzük mondjuk 8 méter átmérőjű parabolaantennánkat, akkor ezeket a jeleket nagyszerűen felfoghatjuk. De nem csak ezeket. Bizonyos jelek 800 000 km-nél egy hajszálnyit közelebb haladtak el a Nap mellett, ezek fókuszpontja közelebb is van a Naphoz (F1). Ezek a jelek először áthaladnak a fókuszpontjukon, csak utána ütköznek bele antennánkba. A végeredmény az, hogy a napot körülveszi egy olyan gyűrű, amely gyűrű vastagságán átmenő jelek mind az antennába jutnak. A gyűrű vastagságára a fényelhajlás változását elhanyagolva (5) azt kapjuk, hogy éppen az antennánk sugarával egyenlő, azaz 4 méter. A körgyűrűnk felülete a két kör területének a különbsége, A = Pi * (d1*d1 - d2*d2), ami d1 = 800 000 000, d2 = (d1 - 4 méter)-nél 2E+10 négyzetméter. A 100 kW-os 60 fényévre lévő Tv adó, ahogy fentebb kiszámoltuk, 2.47E-32 watt/négyzetméteres fluxust hoz létre. Ezt a számot megszorozva a körgyűrű felületével megkapjuk, hogy a 8 méteres antennánk milyen fluxusú térben lesz. Az eredmény 5E-22 W/(m*m), ami mintegy 19-szer erősebb jel, mint amit a 86 csillagászati egységre lévő Pioneer 10 kelt! A 8 méteres teleszkóp egy érzékenyebb, erősen hűtött vevővel érzékelni is tudja, bár ahhoz, hogy a Tv-jelet meg is lehessen tekinti televízión, ahhoz egy nagyobb, 64-100 méteres teleszkóp kellene. De akkor már nézhető lenne az "alien" adás!

Az 550, de még inkább a 730 csillagászati egység azonban irdatlan nagy távolság. A Pioneer-ok 12 km/s-os sebességükkel 30 év alatt jutottak 80 csillagászati egységre, a Nap-távcsőhöz sokkal nagyobb sebesség kell. 550 csillagászati egység leküzdéséhez 90 km/s-os sebességgel is 29 év kell, nem is beszélve a 730-ról, belátható, hogy ez a szokványos kémia rakétákkal nem igazán megvalósítható, a maximális 4.5 km/s-os kiáramlás miatt. Szóba jöhet még a napvitorla, de inkább az ionhajtás, egy igazi mini atomerőmű segítségével. A nagy sebesség kétszeresen is probléma. Egyrészt ügye probléma elérni ezt a nagy sebességet, másodszor pedig a cél elérésekor le kell lassítani a szondát, hiszen az ottani keringése sebesség 1.2 km/s körül van. Ionhajtásnál az atomerőműnek az utazás teljes ideje alatt működnie kell, az ionhajtómű csak kis erővel tudja tolni a szondát. 30-40 év egy erőműnek nem kis idő, melyben nem egy forgó alkatrész üzemel, úgy hogy közvetlen emberi beavatkozás nem lehetséges!

A Nap-távcsőből többet érdemes indítani, mivel miután a szonda pályára állt, lassú keringése következtében az egyes célpontokat csak rövid ideig tudja megfigyelni, miután elhagyta nincs lehetőség újabb vizsgálatra, hacsak a hajtóművek beindításával visszaevickél pályájának azon pontjára! Sőt, tulajdonképpen nincs is lehetőség a Nap-távcső célpontjának kiválasztására! Amerre a pályája viszi, azzal szemben lévő célpontokat tudja megfigyelni. Egyazon pályára érdemes lenne legalább 2 szondát küldeni, hogy az első szonda jelét megerősíteni lehessen a második szondával.

A csillagászat számára egy Nap-távcső beüzemelése hatalmas előrelépés lenne. Hatalmas felbontásával a Tejútrendszert nyitott könyvé válna, nem sok hely maradna ahová nem tudnánk belátni. SETI szempontjából nézve e távcső -mint ahogy láttuk- alkalmas lehet arra, hogy nem túl távoli civilizációk a mi Tv adásainkhoz hasonló irányítatlan, elszökő rádióadásait felfogjuk, és akár Tv-n nézzük, ha éppen olyan a jel. A Nap-távcső erősítése -amely a Naptól számított távolság növekedésével nő- arra is alkalmas lehet, hogy a környező galaxisokból származó, a mi jelenlegi földi teleszkópjainkhoz hasonló teljesítményű antennákból származó jeleket felfedezzük!

(1) Square Kilometer Array, mely több, mint 10-szer nagyobb gyűjtőfelülettel fog majd rendelkezni, mint Arecibo.
(2) Egységnyi felületen áthaladó energia. P/A - Teljesítmény osztva felülettel.
(3) Deep Space Network antennái több kontinensen megtalálhatók, ezekkel tartják a szondákkal a kapcsolatot.
(4) 1 fok = 60 fokperc = 3600 (fok)ívmásodperc
(5) 800 000 000 méterhez, a Naptól való távolsághoz képest a 4 méter elhanyagolható változás.

A Nap-távcsőről a SETI szépségében is található egy fejezet.