На Луне планируют установить самый мощный телескоп
Наземная интерферометрия на Земле зарекомендовала себя как успешный метод проведения научных исследований, позволяющий объединять свет от нескольких телескопов в единый большой телескоп. Но как ультрафиолетовый (UV)/оптический интерферометрический телескоп на Луне может улучшить научные результаты, и могут ли миссии Artemis помочь воплотить это в реальность?
Именно этому должно быть посвящено недавнее исследование, представленное на конференцию SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2024, в рамках которого группа исследователей предлагает устройство для формирования изображений звезд с поддержкой Artemis (AeSI), которое, как следует из его названия, потенциально может быть доставлено на поверхность Луны с помощью предстоящих миссий НАСА Artemis. Исследование опубликовано на сервере препринтов arXiv.
Это предложение было недавно одобрено в качестве первого этапа исследования в рамках программы НАСА "Инновационные передовые концепции" (NIAC) и обладает потенциалом для разработки революционного способа получения данных с чрезвычайно высоким угловым разрешением для проведения научных исследований на других планетных телах, а также для участия в других миссиях.
Здесь Universe Today обсуждает это невероятное исследование с доктором Джойей Рау, астрофизиком из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА и директором программы NSF, о мотивации, стоящей за этим исследованием, важных выводах из этой работы, следующих шагах, если они пройдут этап 1, долгосрочных целях, касающихся расположения поверхности Луны., и как AeSI может продвинуть наше понимание обитаемости экзопланет. Итак, какова была мотивация этого исследования?
Доктор Рау рассказывает Universe Today: "Цель этого исследования - оценить, сможем ли мы построить и эксплуатировать в сотрудничестве с программой Human Artemis крупную обсерваторию с разреженной апертурой (интерферометр) на поверхности Луны и определить, сможет ли она конкурировать с ранее разработанным вариантом для свободного полета.
"Конечная цель состоит в том, чтобы дать возможность изучать нашу Вселенную в сверхвысокой четкости на ультрафиолетовых и оптических длинах волн с угловым разрешением, примерно в 200 раз превышающим угловое разрешение HST! Наблюдения в ультрафиолетовом диапазоне недоступны с поверхности Земли из-за находящейся над ней атмосферы, и даже в видимом диапазоне атмосфера Земли ограничивает максимальное разрешение, достижимое с помощью наземных интерферометров."
Для проведения исследования исследователи опираются на давние предложения по размещению ультрафиолетовых/оптических интерферометров в космосе, но из-за отсутствия инфраструктуры на поверхности Луны ученые предпочли использовать спутники и орбитальные аппараты, которые исследователи называют "свободными летунами".
Для AeSI исследователи предлагают сконструировать лунный интерферометр, используя инфраструктуру, доставленную на Луну в рамках программы НАСА Artemis, с целью предоставления передовых научных данных об экзопланетных системах, включая поверхности звезд, их внутренние области, магнитные поля, космическую погоду и обитаемость экзопланет.
Для достижения этой цели AeSI будет состоять из 1-километрового базового интерферометра для получения ультрафиолетовых/оптических изображений вблизи южного полюса Луны, который является районом посадки для программы Artemis, в частности Artemis III.
Наряду с расширением научных возможностей, команда также продвигает масштабируемость проекта, отмечая, что потенциально он может состоять из 30 и более элементов и служить в качестве единого интерферометра. Кроме того, команда рассматривает несколько проблем, которые могут возникнуть в ходе этой работы, включая лунную пыль, сейсмическую активность и использование роботов-помощников в качестве вспомогательной поддержки при строительстве. Итак, каковы наиболее важные выводы из этого исследования?
Доктор Рау говорит: "Наиболее значимые выводы из этого исследования заключаются в том, что проект осуществим, демонстрируя, что дальновидная идея нашего частного детектива, доктора Кеннета Карпентера (Центр космических полетов имени Годдарда НАСА), может быть реально реализована. В исследовании содержатся важные рекомендации для дальнейших исследований и разработки технологий, которые будут иметь решающее значение для продвижения проекта и решения любых технических проблем, а также для дальнейшего развития технологий".
Как уже отмечалось, AeSI была одобрена для участия в исследовании фазы 1 (вероятность успеха составляет менее 4%!) в рамках программы НАСА "Инновационные передовые концепции" (NIAC), которая с 1998 года успешно помогала продвигать технологии в аэрокосмической отрасли, а ее первоначальное название - Институт передовых концепций НАСА, пока она не была закрыта в 2007 году.
Только два года спустя Конгресс обратился к Национальной академии наук с просьбой рассмотреть причины ее закрытия, которые дали рекомендации на будущее, в результате чего в 2011 году была создана текущая программа NIAC.
С тех пор NIAC внесла свой вклад в технологические достижения в области наноспутников, исследования планет, спектроскопии экзопланет, астрофизики, космологии, науки о солнце, освоения человеком космического пространства и многих других. Эти предложения проходят три этапа, каждый из которых позволяет увеличить финансирование и сроки реализации проекта. Таким образом, учитывая, что AeSI находится на этапе 1 исследования, каковы следующие шаги, если проект будет одобрен для дальнейшего продвижения?
Доктор Рау говорит: "Следующие шаги будут включать в себя обращение за поддержкой на этапе 2 к NIAC, а также изучение дополнительных финансовых средств и ресурсов. На этапе 2 основное внимание будет уделено дальнейшему развитию и доработке первоначального 9-месячного исследования, которое мы проводим на этапе 1.
"Мы считаем, что наша дальновидная концепция способна революционизировать научные исследования и предоставить значительные возможности для демонстрации технологий на поверхности Луны, поэтому мы искренне надеемся, что получим дальнейшую поддержку..."
Что касается долгосрочных целей AeSI, доктор Рау говорит: "Существует множество ограничений на размещение интерферометров на поверхности Луны, в частности оптических и ультрафиолетовых! Мы более подробно опишем это в итоговом отчете NIAC по 1-му этапу исследования, который будет опубликован в начале следующего года.
"В настоящее время планируется, что наш проект начнется со стадии 1, состоящей из 15 марсоходов эллиптической конфигурации с главной осью протяженностью 1 км. На более поздних этапах обсерватория будет преобразована в массив из примерно 30 марсоходов с усовершенствованным концентратором для объединения лучей от большего числа марсоходов (зеркальных станций) и обеспечит чрезвычайно высокое угловое разрешение небесных объектов, таких как далекие солнцеподобные звезды, активные ядра галактик (AGN), экзопланеты, холодные эволюционировавшие звезды и многое другое."
Как уже отмечалось, наряду с расширенными научными исследованиями, проводимыми в области звезд, одной из научных целей AeSI также будет определение обитаемости экзопланет, поскольку НАСА подтвердило существование более 5700 экзопланет в нашей галактике Млечный Путь.
Из них почти 70 в настоящее время находятся в "обитаемой зоне" своей родительской звезды, причем 29 из них потенциально являются земными (каменистыми) мирами, а остальные 41 потенциально являются "водными мирами" или мини-Нептунами.
Было обнаружено, что эти потенциально обитаемые миры вращаются как внутри, так и за пределами обитаемой зоны, а некоторые из них находятся как внутри, так и за пределами обитаемой зоны в течение одного оборота. Итак, как AeSI может продвинуть наше понимание обитаемости экзопланет?
Доктор Рау говорит: "AeSI позволит глубже изучить характеристики родительских звезд в отдаленных экзопланетных системах. Более тщательный анализ этих звезд позволит нам лучше понять условия, которые влияют на пригодность для жизни планет, вращающихся вокруг них. Это включает в себя изучение взаимодействий между планетами и их звездами, которые могут существенно повлиять на потенциал возникновения жизни на этих экзопланетах".
Поскольку НАСА готовится отправить людей обратно на Луну впервые с 1972 года в рамках программы Artemis, важно отметить невероятные научные достижения, которые могут быть достигнуты с помощью инфраструктуры, созданной Artemis.
Таким образом, поскольку наземная интерферометрия с Земли является давно зарекомендовавшей себя и успешной научной областью, способствующей лучшему пониманию радиоастрономии, физики Солнца, туманностей, галактик и экзопланет, AeSI предоставляет уникальную возможность проводить революционные научные исследования, получать изображения далеких звезд с высочайшим угловым разрешением на других планетных объектах. тела и во время тестирования новых технологий.
В заключение доктор Рау говорит: "AeSI предоставит самые первые снимки Вселенной в ультрафиолетовом (UV) диапазоне со сверхвысоким угловым разрешением. Это огромный скачок во многих аспектах астрофизики, от понимания магнитной активности звезд и ее влияния на окружающие планеты до детальных исследований экзопланет, космической погоды, AGN, звездной астрофизики и многого другого.
- Ультрафиолетовые и оптические наблюдения AeSI с высоким угловым разрешением откроют новые горизонты в астрофизике, предлагая более богатую и детальную картину наиболее энергичных и загадочных компонентов Вселенной".
