Наука и Техника

Наука И Техника
16 января 2015

Фотонные "ударные волны" от световых пятен, двигающихся быстрее скорости света, могут использоваться для изучения объектов в глубинах Вселенной

Если взять достаточно мощную лазерную указку и "перечеркнуть" ею Луну столь быстро, насколько это возможно, то пятно света указки будет двигаться по поверхности Луны со скоростью, превышающей скорость света. Такое явление возможно из-за того, что собственно световое пятно не обладает массой, благодаря чему не нарушается ни одно из положений Специальной теории относительности Альберта Эйнштейна. И недавно, Роберт Немирофф (Robert Nemiroff), профессор физики из Мичиганского технологического университета (Michigan Technological University) предложил способ практического использования такого физического курьеза для изучения космических объектов и явлений, происходящих в необозримых глубинах Вселенной.

Когда пятно света, движущееся со скоростью, приблизительно равной скорости света, проходит по неровной поверхности, оно, то ускоряясь, то замедляясь, многократно проходит через условный "световой барьер", создавая фотонные ударные волны, в которых заключена информация о трехмерной форме рассеивающего свет объекта. Физика возникновения фотонных ударных волн весьма похожа на физику возникновения звуковой ударной волны при преодолении каким-либо телом звукового барьера.

Но, фотонные ударные волны могут возникать при прохождении пятна света по поверхности Луны, по поверхности астероидов, и на далеких космических объектах, таких как газопылевые облака, освещаемые лучами света быстро вращающихся пульсаров. "Если мы научимся улавливать следы этих фотонных ударных волн и расшифровывать переносимую ими информацию, мы сможем узнать много нового об объектах нашего интереса" - рассказывает профессор Немирофф.

Для того, чтобы использовать на практике эффект фотонной ударной волны для изучения формы астероида, к примеру, требуется произвести сканирование лучом лазера этого космического тела со скоростью в несколько тысяч проходов луча в секунду. Скорость перемещения луча лазера должна быть выбрана такой, чтобы световое пятно двигалось по поверхности тела со скоростью света. Тогда на каждом проходе луча по неровностям поверхности будут возникать слабые фотонные ударные волны, несущие информацию о форме астероида. Эти фотонные волны должны быть зарегистрированы высокоскоростными камерами телескопов, а информация, содержащаяся в этих волнах, может быть извлечена при помощи последующей обработки данных на компьютере.

Но, фотонные ударные волны могут иметь и естественное происхождение. Такие эффекты наблюдаются в районе туманности NGC 2261 (Hubble's Variable Nebula), находящейся в созвездии Единорога (Monoceros constellation). В этой туманности тени, отбрасываемые облаками пыли и газа от света яркой звезды R Mon, перемещаются настолько быстро, что создают постоянные фотонные ударные волны, длительность которых исчисляется днями, неделями и месяцами, и которые удалось увидеть камерами космического телескопа Hubble.

"Фотонные ударные волны возникают повсеместно вокруг нас. Но они слишком слабы и слишком коротки для того, чтобы их можно было заметить" - рассказывает профессор Немирофф, - "В космосе длительность таких волн может быть достаточной для того, чтобы можно было не только их увидеть, но и измерить их некоторые параметры. К сожалению, раньше никто не задумывался об использовании такого явления, хотя сейчас нам ничего не мешает поставить его на службу науке".