|
Стоит ли нам строить интерферометр на Луне
|
|
|
|
Атмосфера Земли является препятствием для астрономических наблюдений. Проблемой является не только облачная погода, но и колебания температуры в атмосфере, из-за чего наземным телескопам требуются сложные адаптивные оптические системы для обеспечения четкого обзора. Облака не беспокоят радиотелескопы, но для наилучшего выполнения своей работы их необходимо устанавливать в местах с "радиошумным режимом".
|
|
|
|
Стремление преодолеть атмосферные и другие ограничения Земли привело к созданию парка космических телескопов, и в совокупности они значительно расширили наше понимание космоса. Но они дороги и сложны, а для телескопов на уровне L1 они недоступны для технического обслуживания.
|
|
|
|
На протяжении десятилетий мыслители говорили о строительстве телескопов на Луне. Лунные телескопы обладают многими преимуществами, присущими космическим телескопам, в чем-то превосходят их, а также могут быть намного дешевле и потенциально проще в обслуживании.
|
|
|
|
Это естественное место для наблюдений, поскольку на Луне нет атмосферы, которая мешала бы наблюдениям. А что касается радиотелескопов, то обратная сторона Луны - отличное место, потому что она изолирована от земных радиопомех и практически не работает в режиме радиомолчания.
|
|
|
|
|
|
|
По мере того как различные космические агентства и частные компании работают над тем, чтобы обеспечить свое присутствие на Луне, идея создания лунного телескопа постепенно превращается из мечты в возможную практическую реальность. Последнее исследование, посвященное созданию лунного телескопа, было проведено Институтом космических исследований имени Кека (KISS) и касается оптического интерферометра. Интерферометры обладают высокой мощностью и позволяют нескольким телескопам работать вместе в качестве единого виртуального телескопа.
|
|
|
|
Лунные телескопы обладают очевидными преимуществами, но также и некоторыми недостатками. В новом отчете рассматриваются не только преимущества, но и недостатки. В нем также говорится о некоторых препятствиях, которые не имеют большого значения.
|
|
|
|
Доклад называется "Астрономическая оптическая интерферометрия с поверхности Луны". Это результат исследовательского семинара, проведенного 18-22 ноября 2024 года. Руководителями исследования являются Лоуэллская обсерватория, JPL и Калифорнийский технологический институт. Участники - представители НАСА, JAXA, Калифорнийского технологического института, а также множества других университетов и частных космических компаний. Работа опубликована на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
Интерферометрия хорошо изучена и уже дает исключительные результаты. Проблема заключается в самой лунной среде. Что делает его полезным? Что создает проблемы?
|
|
|
|
Начнем с поверхности Луны. Она покрыта пыльным реголитом и по своей природе нестабильна. Полеты "Аполлона" продемонстрировали, насколько абразивной и разъедающей может быть пыль. Лунная пыль имеет более острые края, чем земная, и может разъедать важные компоненты, такие как уплотнения. В лунном вакууме частицы пыли могут электростатически прилипать к оборудованию. Пыль трудно удалить, и она может ускорить износ движущихся частей.
|
|
|
|
Но в отчете отмечается, что эта проблема хорошо известна, и люди работают над решением. "Разрабатываются технологии для эффективного удаления реголита с поверхностей, которые могут быть применимы для различных конструкций интерферометров", - пишут авторы.
|
|
|
|
Они отмечают, что в ходе миссии Firefly Blue Ghost Mission 1 использовался электродинамический пылезащитный экран, который эффективно удалял лунную пыль с некоторых поверхностей космического аппарата. Они также отмечают, что на борту китайского посадочного модуля "Чанъэ-3" был установлен ультрафиолетовый телескоп, который работал в течение трех лет без проблем, связанных с лунной пылью.
|
|
|
|
Еще одним препятствием являются резкие перепады температуры на Луне от дневного к ночному. "Большие перепады температуры могут стать проблемой для электроники и оптики, которым требуется термическая стабильность для работы и вычислений", - говорится в отчете. Сам лунный реголит, обладающий высокой теплоизоляцией, может стать решением. Авторы объясняют, что некоторые из лунных интерферометров могут быть скрыты в реголите, чтобы избежать резких перепадов температуры. Однако это также может привести к перегреву.
|
|
|
|
В отчете говорится, что система активного и пассивного охлаждения может быть адаптирована для конкретного объекта. Возможно, было бы лучше установить интерферометр в затененной области, которая остается холодной, и управлять этим, а не пытаться регулировать резкие перепады температуры. Независимо от местоположения телескопа, он должен быть сконструирован таким образом, чтобы обеспечить определенную степень нагрева, охлаждения, расширения и сжатия.
|
|
|
|
Области Луны, находящиеся в постоянной тени (PSR), являются предпочтительными местами для наблюдения, поскольку в них наблюдаются наименьшие колебания температуры. Это также хорошие места для установки инфракрасных телескопов, поскольку их необходимо охлаждать. Но PSR - это холодные ловушки, в которых накапливается водяной лед, и есть опасения, что лед и изморозь могут нарушить работу телескопа.
|
|
|
|
Лунная поверхность - это сложная среда, и ее нельзя обойти молчанием. Но проблемы не кажутся непреодолимыми, и для всех них, скорее всего, существуют технологические решения. Все сводится к выбору места, которое ограничивает трудности, но в то же время позволяет находить решения и достигать научных целей.
|
|
|
|
Несмотря на трудности, связанные со строительством и обслуживанием телескопа на Луне, идея привлекательна. По мнению авторов, научные результаты того стоят.
|
|
|
|
Они объясняют, что лунный телескоп может улучшить два важнейших аспекта работы телескопа. Лунный телескоп будет обладать улучшенным пространственным разрешением по сравнению с одноапертурной космической системой. Он также будет более чувствительным, чем наземный оптический интерферометр. "Сочетание высокого пространственного разрешения и высокой чувствительности позволяет создавать уникальные области для исследования", - пишут авторы.
|
|
|
|
Одно из преимуществ создания оптического интерферометра на Луне связано с отверстиями. "Телескопы, вероятно, будут иметь гораздо меньшую апертуру (в 10-50 раз), чем наземные установки, из-за отсутствия атмосферы на Луне, что обеспечивает гораздо более длительное время когерентной интеграции, не ограниченное наблюдениями в атмосфере", - говорится в отчете. "Отсутствие атмосферной турбулентности означает, что небольшие лунные телескопы превосходят по своим характеристикам даже крупнейшие земные телескопы".
|
|
|
|
Все эти факторы означают, что на вопросы, которые ставили в тупик астрономов и астрофизиков, наконец-то можно найти ответы.
|
|
|
|
Одна из них касается "проблемы последнего парсека" при слиянии черных дыр. Астрофизики понимают силы, которые заставляют сверхмассивные черные дыры двигаться по спирали навстречу друг другу, но они не понимают, как они в конечном итоге сливаются. Благодаря своим улучшенным характеристикам лунный оптический интерферометр, возможно, сможет заглянуть во внутренние области галактики и найти ответ.
|
|
|
|
Другой вопрос касается формирования планет. "Учитывая повсеместное распространение экзопланет, формирование планет должно быть высокоэффективным процессом, но теории, описывающие формирование и эволюцию планет из протопланетных дисков вокруг звезд, существовавших до главной последовательности, были слабо ограничены из-за недостаточной чувствительности и разрешения в масштабах формирования планет", - говорится в отчете. Понимание того, как формируются пригодные для жизни планеты, является огромной целью в астрономии, и лунный оптический интерферометр мог бы помочь в этом.
|
|
|
|
Лунный интерферометр также мог бы помочь в изучении поверхности коричневых карликов, физики звездных взрывов, шкалы внегалактических расстояний и, конечно же, поможет в изучении нашей собственной солнечной системы. Это также может помочь в астрометрии и "станет преобразующей возможностью в поиске экзопланет, истинно аналогичных Земле", объясняют авторы, улучшая измерения лучевой скорости.
|
|
|
|
Оптический интерферометр на поверхности Луны поможет обсерватории обитаемых миров выполнять свою работу. "Астрометрическая точность однократного измерения на уровне 0,1 мка, обеспечиваемая лунными интерферометрическими базовыми линиями длиной более 100 м, будет ориентиром для наблюдений HWO и обеспечит получение масс атмосферы из спектров HWO", - говорится в отчете.
|
|
|
|
Астрономы знают, что оптическая интерферометрия работает. Интерферометр с очень большим телескопом (VLTI) и Центр астрономии с высоким угловым разрешением (CHARA) недвусмысленно продемонстрировали это. Вопрос в том, можно ли это сделать на Луне?
|
|
|
|
В заключении своего отчета исследователи отмечают, что некоторые этапы уже пройдены. Появляется все больше возможностей для полетов на Луну, поскольку как государственные учреждения, так и частные организации наращивают свою деятельность. Мы уже знаем, что оптическая интерферометрия может работать. Мы также знаем, что с лунными условиями, включая вездесущую пыль, можно справиться, как показали посадочный модуль "Чанъэ-3" и его телескоп. Итак, мы начинаем не с нуля.
|
|
|
|
Так чего же мы ждем?
|
|
|
|
Нам все еще необходимо разработать правильную лунную инфраструктуру и технологии для поддержки лунного телескопа. "Это включает в себя мобильность на поверхности, инфраструктуру связи / передачи данных и способность к выживанию в ночное время", - пишут авторы. Включите туда источник питания.
|
|
|
|
Помимо этого, необходимы конкретные предложения по миссии, которые могут быть использованы для создания лунного телескопа. Все сводится к финансированию, а в США, по крайней мере, финансирование науки при нынешнем режиме далеко не гарантировано.
|
|
|
|
Одним из предложений является эксперимент по облегченному интерьеру и телекоммуникациям на Луне (MoonLITE). Он будет состоять из посадочного модуля, марсохода и двух небольших, 50 см (2 дюйма) интерферометрических элементов. Посадочный модуль содержит один элемент, а марсоход доставит второй элемент в нужное место на расстоянии 100 метров. Он будет работать недолго, но позволит провести измерения слабых объектов размером в миллиарды угловых секунд.
|
|
|
|
Но общий вывод, содержащийся в отчете, кажется очевидным: "Сочетание зрелой технологии оптической интерферометрии и быстро развивающейся технологии доступа к лунной поверхности и выживания на ней дает возможность создавать оптические системы визуализации с угловым разрешением на порядки больше, чем это возможно в настоящее время с помощью современных космических обсерваторий, при уровнях чувствительности на порядки выше". чем наземные интерферометрические средства", - пишут авторы в своем заключении.
|
|
|
|
Источник
|
