|
Проект лунного телескопа направлен на поиск древних
|
|
|
|
Ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE) возглавляют новую работу по посадке радиотелескопа на Луну. В случае успеха проект станет первым шагом к исследованию темных веков вселенной. Темные века — это ранняя эпоха космологической истории, начавшаяся примерно через 380 000 лет после Большого взрыва. В Средневековье не было ни звезд, ни планет. Это момент времени, который ученые никогда не могли наблюдать. Хотя радиоволны Средневековья все еще существуют в космосе, обилие радиопомех на Земле скрыло эти сигналы от ученых, стремящихся их изучить. Если бы космологи смогли обнаружить радиоволны Средневековья — то, что известно как «Сигнал Темных веков», — они могли бы помочь раскрыть ответы на некоторые из самых больших загадок Вселенной, таких как природа темной энергии или формирование самой Вселенной.
|
|
|
|
«Моделировать Вселенную проще до того, как сформировались звезды. Мы можем точно рассчитать почти все», — сказал физик из Брукхейвена Анже Слосар. «Пока что мы можем только делать прогнозы о более ранних стадиях Вселенной, используя критерий, называемый космическим микроволновым фоном. Сигнал Темных Веков станет новым эталоном. И если прогнозы, основанные на каждом эталоне, не совпадают, это означает, что мы открыл новую физику». Теперь новый проект под названием «Ночной эксперимент по электромагнитному излучению лунной поверхности» (LuSEE-Night) направлен на то, чтобы впервые получить доступ к Сигналу Темных веков. LuSEE-Night — замечательная концепция радиотелескопа, которая будет разработана в сотрудничестве между НАСА и Министерством энергетики, при этом Брукхейвенская лаборатория будет играть главную роль в проекте, а Национальная лаборатория Лоуренса в Беркли при Министерстве энергетики обеспечит ключевую техническую поддержку.
|
|
|
LuSEE-Night войдет в историю благодаря своей способности достигать — и выживать — негостеприимного места, где достаточно радиомолчания, чтобы можно было обнаружить Сигнал Темных веков: обратная сторона Луны. Некоторые могут знать его как «темную сторону Луны», но то, что с научной точки зрения известно как «обратная сторона Луны», не вечно темное. Обратная сторона Луны названа так из-за того, что ее невозможно увидеть с Земли, но она испытывает свой собственный цикл дня и ночи. «Луна и Земля связаны приливами, а это означает, что Луна вращается вокруг своей оси с той же скоростью, что и вокруг Земли», — сказал Слосар, который руководит вкладом Министерства энергетики в научную программу и операции LuSEE-Night, а также представитель сотрудничества LuSEE-Night. «Вот почему мы всегда видим одну и ту же сторону Луны. Но сторона, которую мы не можем видеть, обратная сторона Луны, защищена от многих источников радиопомех ночью собственной массой Луны».
|
|
|
|
Космологи всего мира десятилетиями интересовались наблюдением за Вселенной с обратной стороны Луны, и они пытались добраться до нее раньше. Но в обмен на радиомолчание, которое обеспечивает обратная сторона Луны, она представляет собой коварную среду с небольшими шансами на выживание научного оборудования, не говоря уже о передаче данных обратно на Землю. Обратная сторона Луны находится в полной темноте в течение 14 земных дней, за которыми следуют 14 дней жестокого солнечного света. Это приводит к тому, что температура колеблется от 250 до -280 градусов по Фаренгейту, и резкое изменение может произойти в течение нескольких часов.
|
|
|
|
«До Луны добраться легче, чем до Марса, но все остальное сложнее», — сказал Пол О'Коннор, старший научный сотрудник отдела приборостроения Брукхейвена и научный сотрудник проекта LuSEE-Night. «Есть причина, по которой за последние 50 лет только один робот-марсоход приземлился на Луне, а шесть отправились на Марс, который находится в 100 раз дальше. Это вакуумная среда, которая затрудняет отвод тепла, и есть куча радиации. " LuSEE-Night должен отводить тепло в вакууме в течение дня и не замерзать ночью, при этом питаясь в течение 14 дней непрерывной темноты и проводя первую в своем роде научную работу.
|
|
|
|
«Энергия должна исходить от батареи, которая может быть настолько эффективной только в зависимости от ее размера», — сказал О'Коннор. «Более мощные батареи тяжелее, а полет на Луну имеет строгие ограничения по массе. Мы должны быть очень экономны с мощностью, которую мы распределяем, и это ставит нас в знакомую область, где мы должны искать компромиссы между мощностью и чувствительность». Создание передового в мире научного оборудования в соответствии со строгими требованиями к конструкции является давней областью знаний для приборостроительного подразделения Брукхейвенской лаборатории.
|
|
|
|
«У нас есть долгая история создания приборов для детекторов, которые достигают предельных пределов чувствительности, будь то обнаружение субатомных частиц в экспериментах по физике высоких энергий или сверхярких рентгеновских лучей в Национальном источнике синхротронного света II», — сказал О'Коннор. «За последние 15 лет мы продвинулись в сторону большего количества приложений для астрофизики. В частности, Брукхейвен разработал массив датчиков с разрешением 3,2 гигапикселя для обсерватории Рубина. Это самый большой массив устройств с зарядовой связью (ПЗС), который когда-либо был построен».
|
|
|
|
Руководящая роль Брукхейвена в проекте LuSEE-Night также приносит опыт в области радиокосмологии. В частности, лаборатория ранее продемонстрировала способность проектировать, строить и эксплуатировать прототип радиотелескопа. Физики, инженеры и техники из отдела приборостроения и физического отдела лаборатории совместно работали над созданием прототипа и наблюдением за большими участками далекого космоса с высокой чувствительностью. Научный и технический опыт лаборатории является критически важным сочетанием для достижения амбициозных научных целей LuSEE-Night и требований к дизайну, особенно для разработки высокочувствительных радиотелескопов.
|
|
|
|
«LuSEE-Night — это не стандартный радиотелескоп, — сказал Слосар. «Это больше похоже на радиоприемник. Он будет работать как FM-радио, принимая радиосигналы в той же полосе частот. Спектрометр находится в его основе. в спектры. Именно здесь наш опыт дает нам отправную точку. Несмотря на то, что никто раньше не создавал подобный прибор, мы знаем, как создать самый важный компонент — очень чувствительный спектрометр». Помимо создания крайне важного спектрометра, Брукхейвен возглавляет усилия Министерства энергетики по созданию всего телескопа.
|
|
|
|
«Мы создадим электронику LuSEE-Night, закупим батареи, солнечные панели и коммуникационное оборудование, а также позаботимся о том, чтобы все компоненты прибора были сплоченными и подходящими для космического полета», — сказал ученый из Брукхейвена Свен Херрманн, руководитель проекта строительства LuSEE-Night для Сотрудник Министерства энергетики США и исследователь Института астрофизики элементарных частиц и космологии им. Кавли. «Мы возьмем на себя сборку внутреннего оборудования, а затем отправим детали в Лабораторию космических наук Калифорнийского университета в Беркли для окончательной интеграции. НАСА будет координировать запуск в рамках своей программы обслуживания коммерческой лунной полезной нагрузки, в рамках которой частные компании обеспечивают транспортировку на Луну».
|
|
|
|
После приземления на обратной стороне Луны посадочный модуль LuSEE-Night выключится навсегда, чтобы не создавать помех. Затем телескоп развернет четыре трехметровые антенны, разработанные Berkeley Lab, на поворотном столе для сбора данных. Затем LuSEE-Night предстоит столкнуться с самой большой проблемой: пережить свою первую ночь на обратной стороне Луны. Дома на Земле ученые должны терпеливо ждать 40 дней, пока LuSEE-Night соберет и передаст свой первый набор данных на спутник-ретранслятор, который общается с Землей. До тех пор они не узнают, выжил ли LuSEE-Night.
|
|
|
|
Если LuSEE-Night действительно выживет, сотрудничество достигнет своей главной цели: доказать, что долгожданная обратная сторона Луны доступна для радиокосмологических экспериментов. Затем у ученых будет доказательство концепции разработки более сложного телескопа в будущем, который лучше оснащен для обнаружения отдаленного сигнала Темных веков — если это необходимо. Хотя LuSEE-Night в первую очередь считается первооткрывателем, он предназначен для сбора данных в течение двух лет, и возможны великолепные открытия. LuSEE-Night может превзойти свою основную цель и самостоятельно обнаружить Сигнал Темных веков или даже раскрыть новые и неожиданные тайны, скрытые глубоко в космосе по пути.
|
|
|
|
Источник
|
