Zmarszczki czasoprzestrzeni. Laserem w Księżyc, czyli poszukiwanie fal grawitacyjnych

Albert Einstein przewidział istnienie fal grawitacyjnych ponad 100 lat temu. Miał rację, jednak nazywane obrazowo "zmarszczkami czasoprzestrzeni" fale zostały zaobserwowane dopiero w 2015 roku. Badacze nie ustają w wysiłkach, aby je lepiej poznać i zrozumieć. Pomoże w tym ostrzelanie Księżyca laserem.

Co było na początku? Badania, które pozwolą nam lepiej zrozumieć strukturę wczesnego Wszechświata to święty Graal nauki. Tym swoistym podróżom w czasie służy im m.in. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, a na Ziemi badacze usiłują lepiej zrozumieć to zagadnienie, badając fale grawitacyjne.

Są to zakłócenia czasoprzestrzeni, wywoływane przez obiekty posiadające masę – tym większe, im większa jest masa obiektów. Nowy pomysł, pozwalający na wykrywanie i badanie fal grawitacyjnych, zakłada wykorzystanie w tym celu Księżyca.

Naukowcy z Autonomicznego Uniwersytetu i Instytutu Fizyki Wysokich Energii w Barcelonie oraz badacze z University College London chcą wykorzystać do tego celu zwierciadła, pozostawione na Srebrnym Globie przez astronautów z misji Apollo 11, 14 i 15.

Księżycowe lustra służą do bardzo precyzyjnych pomiarów odległości Księżyca od Ziemi. Polegają one na pomiarze czasu, w jakim dystans pomiędzy naszą planetą i jej naturalnym satelitą przebywa promień lasera, czyli światło.

Tę właśnie możliwość chcą wykorzystać badacze, traktując układ Ziemia – Księżyc jak większy odpowiednik ziemskich detektorów fal grawitacyjnych.

Te zbudowane na Ziemi – jak GEO600, LIGO czy Virgo – to izolowane, na ile to tylko możliwe, od różnych zakłóceń długie rury, którymi badacze puszczają promień lasera, zwiększając pokonywaną przez niego drogę np. poprzez 100-krotne odbicie. Największy ziemski detektor, LIGO, ma ramiona długości 4 km. Daje to drogę – maksymalnie - rzędu setek kilometrów.

Problem w tym, że detektor działający w takiej – dużej jedynie na Ziemi – skali, generuje kłopotliwe do interpretacji wyniki. Rejestrowane z jego pomocą zakrzywienia czasoprzestrzeni mają długość porównywaną z tysięczną częścią średnicy protonu.

Badanie drogi lasera na dystansie nie setek, ale 384400 km, pozwala na rejestrowanie zakłóceń w większej skali, pozwalających na analizę mikrohercowych fal grawitacyjnych, pochodzących z wczesnego Wszechświata.

Wielką zaletą proponowanej metody jest zarazem fakt, że aby realizować proponowane badania, nie trzeba budować gigantycznej, kosztownej infrastruktury.