Internet tra le stelle

lente gravitazionale

Comunicazioni nel Sistema solare

Le sonde spaziali che popolano il Sistema solare inviano messaggi per il tramite del Deep Space Network (DSN), un insieme di antenne situate in stazioni di tutto il mondo. Ogni stazione ha una grande parabola di 70 metri e diverse altre parabole più piccole. Parabole radio così grandi sono necessarie perché i segnali di una sonda spaziale sono piuttosto deboli e diventano più deboli ancora con l’aumentare della distanza.

Il DSN è il sistema di telecomunicazioni scientifiche più grande e sensibile al mondo, indispensabile per le sonde che si avventurano oltre la Terra, nello spazio interplanetario. Guida le navicelle spaziali e riceve le loro immagini e informazioni, contribuendo perciò ad accrescere la nostra comprensione dell’Universo.

Comunicazioni interstellari

Quando si riuscirà a inviare sonde oltre il Sistema solare, verso altre stelle, il DSN non basterà più e avremo perciò bisogno di una rete di comunicazione interstellare. Servirà forse una sorta di Internet in tutta la Galassia, anche se non si sa al momento come e se è possibile creare una rete simile.

Attualmente le comunicazioni nello spazio sono rese possibili dalla trasmissione di potenti segnali radio, che si indeboliscono però all’aumentare della distanza e quindi fortemente sulla scala delle distanze stellari. Con la nostra tecnologia attuale è possibile spingere le comunicazioni con le onde radio fino a pochi anni luce.

Teoricamente, i segnali radio sarebbero una buona scelta per le distanze interstellari, perché possono trasmettere una buona quantità di dati a una potenza relativamente bassa. Lo svantaggio è però che, poiché le onde radio hanno una lunghezza d’onda elevata, sono difficili da focalizzare in un’unica direzione.

Possiamo puntare uno stretto fascio di luce laser su una particolare stella, ma non possiamo mettere a fuoco facilmente un fascio stretto di luce radio. E i nostri segnali radio dovranno essere focalizzati per essere trasportati attraverso anni luce.

Sono state proposte diverse soluzioni per superare questo limite, tra le quali l’utilizzo dell’effetto di lente gravitazionale.

Cosa sono le lenti gravitazionali

L’effetto di lente gravitazionale, previsto dalla teoria della relatività generale di Einstein, si verifica quando tra una sorgente e un osservatore s’interpone lungo la linea di vista un oggetto di grande massa, come una galassia o un ammasso di galassie.

Il campo gravitazionale di tale oggetto agisce sui raggi luminosi provenienti dalla sorgente (una galassia lontana o una quasar) come fa una lente, deviandoli lungo traiettorie di differenti lunghezze.

L’effetto è stato verificato con grande precisione con esperimenti nel Sistema solare. Benché la deflessione gravitazionale sia assai piccola per corpi celesti ordinari, il suo effetto sull’immagine di una sorgente viene grandemente accentuato a grandi distanze, purché sorgente, corpo gravitante e osservatore siano con buona approssimazione allineati.

Le quasar sono oggetti ideali per l’osservazione dell’effetto di lente gravitazionale, poiché sono allo stesso tempo molto lontane e molto luminose.

Onde radio e lenti gravitazionali

I segnali radio potrebbero essere focalizzati dal Sole o dalle stelle vicine. Infatti, poiché le stelle deformano gravitazionalmente lo spazio intorno a loro, la luce che passa vicino a una stella può subire l’effetto di lente gravitazionale. Questo effetto può essere utilizzato per focalizzare la luce radio in modo simile al modo in cui una lente di vetro focalizza la luce ottica.

L’astronomo Claudio Maccone ha fatto alcuni calcoli di base sul tipo di larghezza di banda che si potrebbe ottenere tra il Sole e le stelle vicine come Alpha Centauri e la stella di Barnard’s. La velocità di trasmissione dei dati potrebbe essere dell’ordine del kilobit/s, paragonabile alla velocità di connessione delle prime reti Internet. Non eccezionale per gli standard moderni, ma certamente sufficiente per trasmettere immagini e dati utili da un’altra stella.

Internet galattica

L’Internet galattica potrebbe già esistere, se tutte le stelle fossero sfruttate come lenti gravitazionali. In effetti, la lente gravitazionale del Sole è un noto fenomeno astrofisico previsto dalla teoria della relatività generale di Einstein. Ciò implica che, se possiamo inviare una sonda lungo qualsiasi direzione radiale lontano dal Sole fino a una distanza minima di 550 UA (1 UA corrisponde alla distanza della Terra dal Sole, che è di circa 150 milioni di chilometri), la massa del Sole agirà come un’enorme lente d’ingrandimento, permettendoci di “vedere” mappe radio dettagliate di qualsiasi cosa può trovarsi dall’altra parte del Sole, anche a distanze molto grandi.

Lo studio di Claudio Maccone considera anche il ponte radio tra il Sole e qualsiasi altra stella costituita dalle due lenti gravitazionali, sia del Sole che di quella stella. L’allineamento per il funzionamento di questo ponte radio dev’essere molto rigoroso, ma a fronte di ciò il risparmio energetico è enorme, per l’elevato contributo delle lenti gravitazionali delle due stelle al guadagno complessivo dell’antenna del sistema.

Per saperne di più: Maccone, Claudio. “Galactic Internet made possible by star gravitational lensing.

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