Соревнование по исследованию Луны, или его вторая фаза, началось всерьез, когда Япония, Индия, Китай и частная корпорация оставили свои следы на лунной поверхности. Предстоящие месяцы и годы наполнены запланированными миссиями по установлению долгосрочного присутствия на поверхности Луны. Однако некоторые астрономы предлагают использовать Луну для целей, более ценных, чем водяной лед или постоянная база: в качестве обсерватории для изучения космических темных веков.
Исследование эпохи космических темных веков, когда ранняя Вселенная была окутана полной тьмой, долгое время было недостижимой целью для астрономов. Понимание этого периода могло бы дать ответы на самые фундаментальные вопросы о нашей Вселенной и потенциально пролить свет на загадки, которые в настоящее время сбивают нас с толку.
По словам Джека Берна, физика из Университета Колорадо, это место является идеальным местом для открытия новых революционных идей в физике. Здесь мы потенциально можем раскрыть тайны природы темной материи, исследовать происхождение ранней темной энергии и серьезно бросить вызов нашим текущим теориям, касающимся космологии и фундаментальной физики.
Чтобы заглянуть в космические темные века, вам потребуется исключительно темное место, лишенное радиационного щита ионосферы и удаленное от непрерывного шума Земли. Вот почему астрономы, такие как Бернс и Джозеф Лацио из Лаборатории реактивного движения, предполагают построить радиотелескопы на обратной стороне Луны.
Если планы инженеров и астрономов различных частных компаний, университетов, Лаборатории реактивного движения НАСА и Брукхейвенской национальной лаборатории осуществятся, далекая сторона Луны может стать местом, с которого астрономы смогут взглянуть назад во времени, в эпоху, предшествовавшую рождение первых звезд. Группы ученых со всего мира в настоящее время работают над созданием больших радиотелескопов для обратной стороны Луны, при этом первый прототип потенциально может быть запущен уже в 2025 году, а более простые телескопы, возможно, предшествуют этой дате. Вот обзор прогресса, достигнутого на данный момент в этом амбициозном начинании.
«Если бы у нас не было Луны, нам пришлось бы ее построить»
При зарождении Вселенной газообразный водород бесцельно плавал во тьме. Время от времени атомы сталкивались, генерируя энергию в виде радиоволн. Эти радиоволны исходили из газовых облаков длиной 21 сантиметр — естественная длина волны для излучения водорода. Однако за миллиарды лет и расширяющуюся Вселенную эти радиоволны значительно удлинились и теперь охватывают несколько метров.
Верхний слой атмосферы Земли, известный как ионосфера, состоит из заряженных частиц. Эти частицы блокируют радиоволны длиной более 10 метров, что делает невозможным изучение космических темных веков с помощью телескопов, расположенных на Земле. Для изучения этих длинных радиоволн нам нужны большие радиотелескопы, особенно те, которые предназначены для картирования их источников. Однако создание таких телескопов в космосе является сложной задачей из-за их размеров. В идеале нам нужен заменитель Земли – тело без ионосферы и радиопомех, создаваемых нашими передовыми технологиями.
На протяжении нескольких десятилетий Бернс утверждал, что обратная сторона Луны представляет собой идеальное сочетание. Он обеспечивает стабильную основу для строительства, но ему не хватает ионосферы, которая могла бы препятствовать поступающей радиации. Кроме того, вся масса Луны (около 2000 миль твердой породы) действует как защитный щит от постоянных радиопомех Земли, а также в течение двух недель каждого лунного месяца защищает от радиоизлучения Солнца во время лунной ночи.
«Это идеальное место», — говорит Бернс. «Если бы у нас не было луны, нам пришлось бы ее построить».
К счастью, нам не нужно строить базу в полнолуние — достаточно обсерватории. Бернс сотрудничает с компанией Lunar Resources, Inc., расположенной в Техасе, над проектом под названием «Обсерватория Фарвью». Этот проект, если все пойдет хорошо, будет включать радиоантенны площадью 5 квадратных миль на поверхности Луны. Представьте себе антенну, напоминающую традиционную телевизионную антенну; теперь представьте себе около 100 000 из них, расположенных зигзагообразно. Вместе эти антенны будут функционировать как массивный радиоприемник, настраивающийся на слабые сигналы из Темных Космических Веков.
В Лаборатории реактивного движения под руководством технолога-робототехника Саптарши Бандиопадьяя и его команды ведется разработка радиотелескопа лунного кратера. Похожий по научным замыслам на Farview, но отличающийся по конструкции, этот телескоп будет иметь форму полукруглой проволочной сетки, охватывающей примерно одну треть мили в поперечнике. Готовый продукт, расположенный у подножия кратера шириной 1,9 мили на Луне, будет напоминать радиоантенну, похожую на Аресибо, но с оголенными проводами вместо прежних стен, обшитых алюминиевыми панелями.
Сравнение этих двух возможных лунных телескопов похоже на сравнение наземных телескопов, таких как Very Large Array (VLA) и китайский сферический телескоп с пятисотметровой апертурой (FAST). VLA представляет собой группу радиоантенн в форме тарелки, выстроенных в ряд в пустыне Нью-Мексико. Оказывается, если вы выстроите несколько радиоприемников (или зеркал, если вы изучаете более короткие волны, такие как инфракрасный или видимый свет) и соедините их с подходящим программным обеспечением, эти отдельные антенны могут составить один гигантский телескоп. Астрономы называют это интерферометром.
FAST и LCRT, как и ныне несуществующий Аресибо, представляют собой телескопы с одной апертурой или с заполненной апертурой. FAST — это огромная радиоантенна, установленная в кратере, который обеспечивает структурную поддержку тарелки (и восхитительная ирония использования кратера, образовавшегося в результате падения метеорита, для изучения других объектов в космосе).
Каждая конструкция имеет свои уникальные преимущества. Например, интерферометры, такие как VLA и Farview, обеспечивают превосходное разрешение, охватывая большую площадь. Однако за это приходится упускать более слабые сигналы, поскольку они обнаруживают излучение только из определенных точек. С другой стороны, телескопы с заполненной апертурой, такие как FAST и LCRT, могут обнаруживать более слабые сигналы из-за их большей поверхности сбора. Ни один из типов не превосходит другой; вместо этого радиоастрономы используют оба типа телескопов для более глубокого исследования Вселенной.
Поистине высокотехнологичная строительная бригада
Одним из важных элементов для создания обоих типов телескопов является использование роботизированных строительных бригад. Группа по исследованию лунного кратера намерена использовать дуэт спусковых роботов, разработанных Лабораторией реактивного движения, под названием DuAxels, для установки сетчатой сетки у основания и по краям выбранного ими кратера. Каждый DuAxel состоит из двух роботов, соединенных тросом. Один робот закрепится на краю кратера, в то время как его спутник спустится по склону кратера, чтобы уложить сетку для телескопа.
В Farview мы не останавливаемся на сборке роботов-конструкторов; мы стремимся выше. Наша первоначальная цель — изготовить 100 000 антенн для установки прямо на Луне, используя алюминий, извлеченный из реголита ее поверхности — мелкой пыли и частиц горных пород. Смысл этого в том, чтобы свести к минимуму количество материала, который необходимо транспортировать с Земли.
Двум телескопам требуется спутник на лунной орбите для передачи данных обратно на Землю, поскольку обратная сторона Луны постоянно обращена в космос, что делает его необходимым для этой цели.
В настоящее время и Farview, и LCRT находятся на втором этапе разработки в рамках программы NASA Advanced Innovative Concepts. Эта инициатива финансирует проекты, которые прорабатывают технические и научные тонкости потенциальных будущих миссий, включая Farview и LCRT. В течение следующих двух лет команда Farview сосредоточится на разработке оптимального расположения антенн, определении целей миссии и решении других инженерных задач. Кроме того, они зададут более подробные научные вопросы и определят, как использовать Farview для получения ответов. Тем временем в JPL команда LCRT активно занимается решением аналогичных проблем.
Один маленький шаг для наблюдения за Луной
К концу 2030-х годов один из двух проектов перспективных лунных обсерваторий может быть подготовлен к полету на Луну; однако важно отметить, что ни в чем нельзя быть уверенным.
В то же время компактный и элементарный радиотелескоп под названием «Радиообсерватория для электронов на поверхности Луны» (ROLSES) первым приземлился на Луне. Этот телескоп, состоящий из скрещенной пары антенн с приблизительным размахом 20 футов, был доставлен на посадочный модуль Odysseus компании Intuitive Machines и установлен вблизи южного полюса Луны в начале этого года. Основной целью ROLSES является исследование существующего фонового излучения на Луне, которое в основном исходит от Солнца. Однако, поскольку многочисленные космические программы планируют создать базы вокруг южного полюса Луны, этот источник радиации может вскоре измениться. Другая цель ROLSES — продемонстрировать возможность эксплуатации радиотелескопа на самой Луне.
«Анже Слосар, физик из Брукхейвенской национальной лаборатории, делится с Inverse, что многомиллиардные проекты, о которых он говорит, являются весьма инновационными и, возможно, еще не получили широкого признания. Он объясняет: «Вы не можете просто обеспечить проект стоимостью в 2 миллиарда долларов без сначала продемонстрировав его осуществимость».
Примерно в последние дни 2025 года аналогичный телескоп под названием LuSEE-Night (Электромагнитный эксперимент на поверхности Луны – Ночь) планируется запустить на борту аэрокосмической ракеты Firefly. Если миссия пройдет успешно, он приземлится на дальней стороне Луны в январе 2026 года.
Подобно ROLSS, телескоп LuSEE-Night оснащен двумя большими радиоантеннами шириной 20 футов, подпружиненными на вращающейся платформе. Однако, что отличает LuSEE-Night, так это его способность выдерживать продолжительную лунную ночь, продолжающуюся две недели. Для достижения этой цели телескоп будет оснащен мощной 110-фунтовой батареей, тщательно изолированной от экстремального холода в темные периоды Луны.
Слосар объясняет, что основная функция LuSEE-Night — выяснить, обеспечивает ли Луна, как предполагалось, оптимальные условия для астрономических наблюдений. Могут быть неоткрытые слои ионосферы, плазменные следы, микрометеориты или другие неучтенные аспекты, делающие Луну лучшим выбором. По сути, хотя существует распространенное мнение, что Луна является идеальным местом для наблюдений, не существует окончательных доказательств, подтверждающих это предположение.
LUSEE-Night будет проводить и настоящие научные исследования. Из-за своего ограниченного размера он не может обнаружить расширенные радиоволны, исходящие из Темных Космических Веков. Однако это дает астрономам первоначальную возможность проверить свои теории о появлении галактики на низких радиочастотах, которые невозможно наблюдать с Земли.
Как только мы увидим Луну, невозможно сказать, что мы сможем увидеть.
Смотрите также
- С днем рождения, Энн Хэтэуэй: 6 неизвестных фактов об актрисе «Дьявол носит Prada», когда ей исполняется 42 года
- Джон Стамос выразил поддержку Дэйву Кулиеру после того, как последнему поставили диагноз «рак»: «Через все это»
- Слухи – ТРЕЙЛЕР
- Бриджит Джонс без ума от мальчика – ТРЕЙЛЕР
- Этот неистовый носорог «Гладиатор II» и дрожжевые бабуины…
- «Разница в этом…»: «Дюна»: звезды «Пророчества» Оливия Уильямс и Эмили Уотсон о сходстве сериала HBO с «Игрой престолов»
- Любитель – ТРЕЙЛЕР
- Шэрон Стоун, Шер и другие голливудские звезды настаивают на выезде из США на фоне поражения Камалы Харрис из-за Дональда Трампа
- Xbox только что анонсировал новый портативный компьютер, но есть загвоздка
- Когда произойдет действие DUNE: PROPHECY? Вот полная, но краткая хронология вселенной DUNE
2024-04-09 15:18