Вселенная расширяется «неправильно». NASA хочет построить GPS размером с Солнечную систему, чтобы во всем разобраться

Космологи много лет спорят из-за так называемого напряжения Хаббла: разные методы дают разную скорость расширения Вселенной. По данным реликтового излучения получается около 67,4 километра в секунду на мегапарсек, а наблюдения цефеид и сверхновых дают значение ближе к 73. Новый отчет программы NASA Innovative Advanced Concepts предлагает необычный способ подойти к проблеме с другой стороны: вынести радиоинтерферометр почти на масштаб всей Солнечной системы и измерять космические расстояния геометрически, без привычной лестницы расстояний. Препринт с описанием концепции появился на arXiv.

Проект получил название Cosmic Positioning System, или CPS. Авторы предлагают собрать сеть из пяти аппаратов и разнести аппараты по Солнечной системе на базах в десятки астрономических единиц. В отчете фигурируют расстояния порядка 20-100 а.е. Такой размах должен помочь уловить кривизну фронта электромагнитной волны от далеких источников и напрямую оценить расстояние до них. Если схема сработает, несколько повторяющихся быстрых радиовсплесков могут дать ограничение на постоянную Хаббла с точностью лучше одного процента. Авторы ожидают, что подходящих источников может набраться от 10 до 100.

В основе идеи лежит принцип, похожий на навигацию GPS, но перенесенный на космологические масштабы. Вместо спутниковой геолокации ученые хотят использовать точное измерение времени прихода сигналов от повторяющихся быстрых радиовсплесков. По замыслу команды, разнесенные по внешней Солнечной системе антенны смогут по задержкам сигнала восстановить положение источника и расстояние до него через трилатерацию. Такой метод важен прежде всего потому, что дает прямое геометрическое измерение, а не опирается на цепочку калибровок между разными типами объектов.

За красивой идеей скрывается тяжелая инженерная часть. Каждый аппарат, согласно номинальному варианту, должен нести разворачиваемую антенну диаметром около восьми метров, работать в диапазоне 3-6 ГГц и иметь приемную систему с температурой ниже 30 кельвинов. На больших расстояниях от Солнца холод помогает, но полностью вопрос не закрывает, поэтому проекту может понадобиться активное охлаждение. Еще один критически важный узел связан с часами: концепция требует бортовых атомных часов класса GPS или Deep Space Atomic Clock, причем в компактном и экономичном исполнении, потому что на окраинах Солнечной системы энергия становится дефицитом.

С питанием тоже все непросто. Одних солнечных панелей на таких дистанциях может не хватить, поэтому авторы рассматривают радиоизотопные источники энергии. Без стабильного питания не получится держать точное время, оцифровывать широкий радиодиапазон и передавать массивы данных на Землю. Отдельно команда указывает на необходимость наземной сети для калибровки дальности и оперативных оповещений о быстрых радиовсплесках. Главным фактором риска в текущем виде авторы называют свойства самих повторяющихся FRB на частотах в несколько гигагерц: для концепции нужны дополнительные наблюдения, которые покажут, насколько хорошо такие источники подходят для задачи.

Даже в случае успеха миссия не ограничится одной космологией. Та же конфигурация может помочь искать микрогерцевые гравитационные волны, заполняя промежуток между пульсарными тайминг-массивами и LISA, уточнять мелкомасштабную структуру темной материи и измерять распределение массы во внешней Солнечной системе. В такой набор задач входит даже косвенная проверка моделей пояса Койпера и поиск следов гипотетической Девятой планеты через слабые гравитационные возмущения траекторий самих аппаратов.

Пока речь идет только о ранней исследовательской фазе NIAC, где NASA обычно проверяет самые смелые идеи на реализуемость. Статус программы не означает скорый запуск, а дополнительного финансирования CPS после Phase I пока не получил. Тем не менее сам отчет важен уже сейчас: команда показывает, что у еще недавно почти фантастической схемы появилась рабочая архитектура, понятный набор технологий и научная цель, ради которой можно всерьез обсуждать систему спутников размером с межпланетную навигационную сеть.