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重力レンズを使って星から星へパワーを送る文明が存在する可能性

1916年、著名な理論物理学者Albert Einsteinは、重力が時空の曲率を変化させる幾何学的理論である一般相対性理論を完成させた。この革命的な理論は、宇宙がどのように形成され、進化してきたかについての我々のモデルの基礎となっている。重力レンズとは、巨大な重力場を持つ天体が、より遠くの天体からやってくる光を歪め、拡大するというものである。天文学者は、レンズを使って深視野観測を行い、より遠い宇宙を見てきた。

近年、Claudio MacconeSlava Turyshevのような科学者たちは、太陽を太陽重力レンズ(SGL)として利用することで、天文学や地球外知的生命体探査(SETI)に多大な応用が可能であることを探求してきた。2つの顕著な例としては、太陽系外惑星を極めて詳細に研究したり、恒星間通信ネットワーク(「銀河インターネット」)を構築したりすることが挙げられる。Turyshevは最近の論文で、高度な文明がSGLを使って星から星へ電力を送る方法を提案している。

Turyshevの論文 “Gravitational lensing for interstellar power transmission“のプレプリントは、最近オンラインに掲載され、現在出版に向けて審査中である。Slava G. Turyshevは、NASAジェット推進研究所の宇宙構造研究グループの研究科学者である。このグループは、ビッグバンから現在までの宇宙の進化に関連する幅広い研究テーマに取り組んでいる。これには、最初の星や銀河の形成、大規模な宇宙構造の形成におけるダークマターとダークエネルギーの役割、宇宙宇宙の加速膨張(それぞれ)などが含まれる。

Gravitational Lens
NASA/ESA/ハッブル宇宙望遠鏡で撮影された重力レンズGAL-CLUS-022058s。 (Credit: NASA)

Turyshevと彼の同僚であるViktor Toth上級研究員(カールトン大学)は、これまでの論文で重力レンズの物理学について幅広く研究してきた。彼らはまた、SGLの焦点領域に位置する宇宙船が、どのように最先端の天文学を可能にするかも探求した。これには、SGLが(太陽系外惑星のような)かすかな遠方天体からの光を、高軌道からの観測に匹敵する解像度にまで増幅できる可能性も含まれる。別の論文では、SETIの天文学者であり数学者でもあるClaudio Macconeが、SGLが恒星間のコミュニケーションをどのように促進するかを示した。

この最新の論文でTuryshevは、星の重力の焦点を使ってエネルギーを集中させ、他の星系にビームを送る方法を探った。彼が論文で指摘したように、惑星間通信に使われるのと同じ装置(スケールに合わせて作られる)を使えば、恒星重力レンズのペアで恒星間距離のエネルギー伝送を促進することができる。この構成は、両方のレンズによる光の増幅の恩恵を受け、送信信号の信号対雑音比(SNR)を大幅に向上させることができる。しかし、Turyshevが電子メールでUniverse Todayに語ったところによれば、このようなシナリオの包括的な分析はまだ行われていないとのことである:

「送電を研究するために開発された解析ツールがなかったため、このテーマにはかなり長い間近づかないようにしてきました。今、多くの関連する重要なトピックがよく理解され、この仕事につながっている。この論文では、恒星間電力伝送の実現可能性を検討し、実用上適切な信号対雑音比(SNR)を達成することが可能であることを示すことができました」。

この研究のために、Turyshevは以前のSGLの研究から解析ツールを使い、マルチレンズシステムで光がどのように増幅されるかを考察した。そして、これらの同じ方法を、シングルレンズまたはダブルレンズによるレンズ透過を伴う3つの自由空間レーザーパワー伝送シナリオに適用した。すべての場合において、点光源送信機がレンズの焦点領域に配置され、受信機によってピックアップされたパワーが増幅される。この結果は、パワービームが光増幅と同じ原理に従い、同様のインフラを使って達成できることを示している。

Solar power satellite sandwich or abascus concept
宇宙太陽光発電アレイのイメージ図。 (Credit: National Space Society)

宇宙を利用した太陽光発電は、クリーンで再生可能なエネルギーを地球に供給する最も効果的な手段のひとつと考えられている。この方法は、地球低軌道(LEO)にある衛星が1日24時間太陽光発電を集め、マイクロ波レーザーを使って地球上の受信ステーションに送電するものである。この点で、システム間の電力伝送にSGLを使用すれば、宇宙ベースの太陽光発電を恒星間空間にまで拡張することができ、恒星間探査から恒星間移住まで、あらゆることが容易になる。Turyshevが実証したように、数学は確かなものだが、まだやるべきことはたくさんある:

「我々は、実現可能性を示し、このような微妙な問題に対処するためのツールを提供します。そして、我々はすでにかなり良いSNRを持っているので、これらの余分なモデリング項を含めても、感度が著しく低下することはありません。このように、この論文は、物理学のみに焦点を当て、すべてのトピックを非推測的に扱った最初の論文です。送信機-レンズ1-レンズ2-受信機のミスアライメント、レンズ内部構造を特徴づける非分岐四重極モーメントの存在など、さらに多くのトピックに対処しなければなりません。しかし、今必要なのは、それらの一つ一つに対処することです」。


この記事は、MATT WILLIAMS氏によって執筆され、Universe Todayに掲載されたものを、クリエイティブ・コモンズ・ライセンス(表示4.0 国際)に則り、翻訳・転載したものです。元記事はこちらからお読み頂けます。

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