Кредитна снимка: Университет в Аризона
Преди повече от 30 години д-р Роджър Ейнджъл дойде в университета в Аризона, привлечен от благоприятните условия за астрономически наблюдения в района на Тусон, Аризона: няколко телескопа са удобно наблизо и разбира се, времето е чудесно умерено. Но сега Ейнджъл предлага да се изгради телескоп на място, малко по-отдалечено и не съвсем толкова мрачно: полярна кратер на Луната.
Известен с иновациите си в огледалата от леки телескопи и адаптивната оптика, сега Ангел ръководи екип от учени от САЩ и Канада, които проучват възможностите за изграждане на инфрачервена обсерватория с дълбоко поле в близост до един от лунните полюси, използвайки телескоп с течен огледал (LMT ).
Тази концепция е едно от 12 предложения, които започнаха да получават финансиране през октомври миналата година от Института за напреднали концепции на НАСА (NIAC). Всеки получава 75 000 долара за шестмесечни изследвания, за да направи първоначални проучвания и да идентифицира предизвикателствата в развитието. Проектите, които преминават през първата фаза, са допустими за около 400 000 долара повече за две години.
LMT се правят чрез завъртане на отразяваща течност, обикновено живак, върху платформа с форма на купа, за да се образува параболична повърхност, идеална за астрономическа оптика. Исак Нютон първоначално предложи теорията, но технологията за действително създаване на подобно устройство е разработена едва наскоро. Днес се използват само няколко LMT, включително 6-метров LMT във Ванкувър, Канада, и 3-метрова версия, която НАСА използва за обсерваторията си за орбитални отломки в Ню Мексико.
На Земята LMT са ограничени по размер до около 6 метра в диаметър, защото самостоятелно генерираният вятър, който идва от въртенето на телескопа, нарушава повърхността. Освен това, подобно на други телескопи, базирани на Земята, ЛМТ са обект на абсорбция и изкривяване в атмосферата, което значително намалява обхвата и чувствителността на инфрачервено наблюдение. Но луната без атмосфера, казва Ангел, осигурява идеалното място за този тип телескоп, като същевременно доставя гравитацията, необходима за образуването на параболичното огледало.
Потенциалът на LMT на Луната е да направи много голям телескоп. За справка, космическият телескоп Хъбъл има 2.4-метрово огледало, а космическият телескоп Джеймс Уеб (JWST), разработен за изстрелване през 2011 г., ще има 6-метрово огледало. Концепцията на предложението на Angel за NIAC е огледало от 20 метра, но с проучванията, които екипът направи досега, сега те разглеждат създаването на много големи огледала, като 100 метра са най-големият вариант за край. Те обмислят и по-малки LMT. „Очевидно не можем да отидем на Луната и да направим огледало на 100 метра първо“, каза Ангел. „Гледаме поредица от размери на скалата от 2 метра, 20 метра и 100 метра и разглеждаме какъв е потенциалът за всеки един от тях.“ Ейнджъл вярва, че двуметровият телескоп може да бъде направен без човешко присъствие на Луната и да бъде създаден като роботизиран телескоп, подобно на това, че научните инструменти за марсоходите работят сега.
Ограничението на течното огледало е, че то сочи само право нагоре, така че не е като стандартен телескоп, който може да бъде насочен във всяка посока и да проследява обекти в небето. Той разглежда само зоната на небето, която е директно над главата.
И така, научната цел на LMT е да не гледа над цялото небе, а да заеме една област от пространството и да я гледа интензивно. Този вид астрономия е била много „печеливша“, както я описа Ангел, по отношение на богатството от информация, която беше събрана. Някои от най-продуктивните научни усилия от космическия телескоп Хъбъл са неговите фотографии „Дълбоко поле“.
За да може да разгледа само една област от космоса по всяко време кара Ангел и неговият екип да потърсят един от лунните полюси за най-доброто място за този телескоп. Както при полюсите на Земята, погледът право към полюсите на Луната винаги осигурява същото екстрагалактично зрително поле. "Ако отидем на северния или южния полюс на Луната, ние непрекъснато ще изобразяваме един петна от небето и така ви позволява да направите изключително дълбока интеграция, много по-дълбока дори от дълбокото поле на Хъбъл." Комбинирайте това с голям отвор и този телескоп би осигурил дълбочина на наблюдение, която би била несъвместима с всеки телескоп на Земята или в Космоса. "Това е нишата или особената сила на този телескоп", каза Ангел.
Друго преобръщане на течните огледала е, че те са много евтини в сравнение с процеса на правене на стандартно огледало чрез създаване, полиране и тестване на голямо, твърдо парче стъкло или създаване на по-малки парчета, които трябва да бъдат полирани, тествани и след това да се съединят много точно. Освен това LMT не се нуждаят от скъпи монтирания, опори, системи за проследяване или купол.
„Очаква се общата цена на телескопа Джеймс Уеб да надхвърли милиард долара, като цената на огледалото само около четвърт милион долара“, каза Ангел. „Това огледало е 6 метра, така че ако мащабираме тази технология до още по-големи огледала в космоса, в крайна сметка ще разбием банката и няма да можем да си ги позволим по сегашната технология за изработка на полирано огледало и получаване на място в космоса. "
Въпреки че двуметровият телескоп би бил прототип, той все пак би бил астрономически ценен. „Бихме могли да направим неща, които са полезни за космическия телескоп„ Спицер “и телескопа Уеб, тъй като двуметровият телескоп на Луната ще запълни територията между тези два телескопа.“ 20-метрово огледало би осигурило разделителна способност 3 пъти по-голяма от JWST и чрез интегриране или оставяне на „затвора“ отворен за дълги периоди, като година, могат да се видят обекти, 100 пъти по-бедни. 100-метрово огледало ще предостави данни, които са извън класациите.
Едно от предизвикателствата при разработването на LMT на Луната е да се създадат лагери, които да въртят платформата плавно и с постоянна скорост. Въздушните лагери се използват за LMT на Земята, но без въздух на Луната, това е невъзможно. Ейнджъл и неговият екип разглеждат криогенни лавитационни лагери, подобно на това, което се използва за влакове за магнитна левитация, за да се получи движение без триене с помощта на магнитно поле. Ангел добави: „Като бонус, при ниските температури на Луната можете да направите това, без да изразходвате никаква енергия, защото можете да направите свръхпроводящ магнит, който ви позволява да направите левитационен лагер, който не изисква непрекъснато въвеждане на електрическа енергия. "
Ейнджъл нарече лагерите критичен компонент на телескопа. „Без въздух на Луната, който да създава вятър, няма ограничение по размер или достигане на точността, която ви е необходима, стига лагерът да е наред“, каза Ангел.
Еволюция на проекта след получаването на финансирането от NIAC е местоположението на телескопа. В първоначалното предложение екипът на Ейнджъл подкрепя южния полюс на Луната в кратера Шекълтън. Но северният полюс всъщност предлага по-добро зрително поле за екстрагалактични наблюдения, разбраха те и Ейнджъл очаква данни от лунния орбитър SMART-1 на Европейската космическа агенция, който наскоро започна да изследва полярните райони на Луната.
"В полярните райони има някои кратери, където слънцето никога не свети и никога не загрява земята", каза Ангел. „Там е изключително студено, не твърде далеч над абсолютната нула. Вместо да изградим телескопа при такива враждебни условия, бихме се опитали да изградим телескопа на връх на единия от полюсите, където почти непрекъснато би имало слънце. Това би осигурило слънчева енергия и условията биха били по-добри за хората, които живеят там. Всичко, което трябва да направите, е да поставите цилиндричен Mylar екран около телескопа, за да не допуснете слънцето да го удари и то ще изстине точно като в долната част на кратерите. "
При инфрачервено наблюдение, студен телескоп е жизненоважен, за да можете да виждате по-студени и по-слаби предмети в космоса. Ако телескопът е почти абсолютна нула (0 градуса Келвин, -273 С, -460 F), би било идеално. Тъй като живакът ще замръзне при тези температури, друго предизвикателство за проекта е намирането на подходящата течност, която да се върти за огледалото. Някои от кандидатите са етан, метан и други малки въглеводороди, като течностите, които бяха открити на Титан от сондата Хюйгенс, която кацна на най-голямата луна на Сатурн на 14 януари.
"Но тези течности не са лъскави, така че трябва да измислите как да депозирате лъскав метал като алуминий директно върху повърхността на течността", каза Ангел. „Обикновено, когато правим астрономически телескоп, правим огледалата от стъкло, което не се отразява много и тогава изпаряваш алуминий или сребро върху стъклото. На Луната ще трябва да изпарим метала върху течността, а не върху стъклото. "
Това е една от ключовите области на научните изследвания при наградата NIAC. В първоначалните проучвания екипът на Ейнджъл успява да изпари метал върху течност, въпреки че все още не е при нужните студени температури. Те обаче са окуражени от резултатите досега.
Екипът на Angel е нетипичен за NIAC проект, тъй като това е международно сътрудничество и NIAC не финансира международни партньори. „Случва се световните експерти за изработване на въртящи се течни огледални телескопи да са всички в Канада, така че беше от съществено значение, ако мислим да правим това на Луната, да ги внесем“, каза Ангел. "За щастие, те са влезли със собствен билет, така да се каже, и са развълнувани от проекта."
Канадските членове на екипа са Емано Борра от университета Laval в Квебек, който изследва и изгражда LMT от началото на 80-те години на миналия век, и Пол Хиксън от Университета на Британска Колумбия, който с помощта на Borra изгради 6-метровия LMT в Ванкувър. Други сътрудници включват Ки Ма от Университета на Тексас в Хюстън, който е експерт по криогенните лагери, Уорън Дейвисън от Университета в Аризона, който е специалист по машинно инженерство в телескопи, и аспирантът Суреш Сиванандам.
NIAC е създаден през 1998 г., за да изиска революционни концепции от хора и организации извън космическата агенция, които биха могли да насърчават мисиите на НАСА. Печелившите концепции са избрани, защото „избутват границите на известната наука и технологии“ и „показват релевантност за мисията на НАСА“, според НАСА. Очаква се тези концепции да отнемат поне десетилетие.
Ангел казва, че получаването на наградата NIAC е чудесна възможност. „Без съмнение ще напишем предложение за фаза II (за финансирането на NIAC)“, каза той. „По време на фаза I установихме кои са най-важните проблеми в този проект и какви практически стъпки трябва да предприемем сега. Отворихме някои въпроси и има някои прости тестове, които можем да направим, за да видим дали има запушалки на шоуто или не. “
Най-голямото препятствие за превръщането на Лунната инфрачервена обсерватория в реалност е, най-вероятно, напълно от ръцете на Ангел. „Луната е много интересно място за наука“, каза Ангел. "Въпреки това, това се основава на значителни ангажименти на НАСА за връщане на Луната." Със сигурност, за да се построят големите 20 или 100 метра телескопи, би трябвало да има пилотирано присъствие на Луната. - Значи - продължи Ангел, - като се насочите към науката си в тази посока, вие се превръщате в опашката на много голямо куче, над което нямате абсолютно никакъв контрол?
Ейнджъл се надява, че НАСА и Съединените щати могат да запазят инерцията на Vision for Space Space и да се върнат на Луната. „Смятам, че в крайна сметка преместването в космоса е нещо, което хората имат желание да направят и ще направят по някое време“, каза Ангел. „Когато това се случи, важно е да се правят интересни неща, след като стигнем до там. Трябва да знаем защо оставихме повърхността на тази планета, за да отидем на Луната. Да, ние изследваме, да, но можем да изследваме не само Луната, но да я използваме като място за научни изследвания отвъд Луната. Мисля, че в общата картина трябва да се случи нещо. "
Нанси Аткинсън е писател на свободна практика и посланик на Слънчевата система на НАСА. Тя живее в Илинойс.
