Kép jóváírása: Arizonai Egyetem
Több mint 30 évvel ezelőtt, Dr. Roger Angel az Arizonai Egyetemen jött az arizonai Tucson körzetében a csillagászati megfigyelés kedvező feltételei alapján: számos távcső található kényelmesen a közelben, és természetesen az időjárás csodálatosan mérsékelt. Most azonban Angel azt javasolja, hogy építsen egy távcsövet valamivel távolabbi és nem annyira balzsamos helyre: egy sarki kráter a Holdon.
A könnyű távcső tükrökben és az adaptív optikában kifejlesztett újdonságairól az Angel most az USA és Kanada tudósokból álló csoport vezet, amely megvizsgálja egy mélytérben működő infravörös megfigyelőközpont felépítésének lehetőségét az egyik holdoszlop közelében egy folyékony tükör távcsővel (LMT). ).
Ez a koncepció egyike annak a 12 javaslatnak, amely tavaly októberben kezdte el finanszírozást kapni a NASA Haladó Koncepciók Intézetétől (NIAC). Mindegyik 75 000 dollárt kap hat hónapos kutatásra, hogy elindítsa a kezdeti tanulmányokat és azonosítsa a fejlesztési kihívásokat. Azok a projektek, amelyek az első szakaszon keresztül jutnak el, két év alatt akár 400 000 dollárral is több támogatásra jogosultak.
Az LMT-k úgy készülnek, hogy egy visszaverő folyadékot, általában higanyt forgatnak egy tál alakú platformon, hogy parabolikus felületet képezzenek, amely tökéletes a csillagászati optikához. Isaac Newton eredetileg javasolta az elméletet, de az ilyen eszköz tényleges sikeres létrehozásának technológiáját csak a közelmúltban fejlesztették ki. Csak egy maroknyi LMT-t használnak ma, köztük egy 6 méteres LMT-t Vancouverben, Kanadában, és egy 3 méteres verziót, amelyet a NASA az új mexikói Orbital-törmelék Megfigyelő Intézetéhez használ.
A Földön az LMT-k átmérője körülbelül 6 méterre korlátozódik, mivel a távcső forgatásakor keletkező saját generált szél zavarja a felületet. Ezenkívül, mint más földi távcsövek, az LMT-k is légköri abszorpciónak és torzításnak vannak kitéve, ezáltal jelentősen csökkentve az infravörös megfigyelés hatótávolságát és érzékenységét. De a légkör nélküli hold, Angel szerint, tökéletes helyet biztosít az ilyen típusú távcsövek számára, miközben biztosítja a parabolikus tükör kialakulásához szükséges gravitációt.
Az LMT lehetősége a Holdon egy nagyon nagy távcső készítésére. Referenciaként a Hubble űrteleszkóp 2,4 méteres tükörrel rendelkezik, míg a James Webb űrteleszkóp (JWST), amelyet 2011-ben indítanak, 6 méteres tükörrel rendelkezik. Az Angel NIAC javaslatának koncepciója egy 20 méteres tükör, ám a csapat által eddig elvégzett kutatásokkal most nagyon nagy tükrök létrehozására törekednek, amelyek 100 métert jelentenek a legnagyobb végeként. A kisebb LMT-ket is fontolóra veszik. "Nyilvánvalóan nem mehetünk a holdra, és először elkészíthetünk egy 100 méteres tükröt" - mondta Angel. "Megvizsgáljuk a 2, 20 és 100 méteres méretarányokat, és megvizsgáljuk, hogy milyen potenciál rejlik mindegyikben." Angel úgy véli, hogy a 2 méteres távcsövet bármilyen emberi jelenlét nélkül elkészíthetnék a Holdon, és robotteleszkópként is fel lehet állítani, ugyanúgy, mint a Mars roverjein jelenleg működő tudományos műszerek.
A folyékony tükör korlátozása az, hogy csak egyenesen felfelé mutat, tehát nem olyan, mint egy szokásos távcső, amely bármilyen irányba mutathat, és nyomon követheti az égbolt tárgyait. Csak az ég azon területére néz, amely közvetlenül a feje fölött van.
Tehát az LMT tudományos célja az, hogy ne nézzen az egész égbolton, hanem egy helyet fogjon el és intenzíven nézzen. Az ilyen típusú csillagászat nagyon „jövedelmező”, ahogy Angel leírta, az összegyűjtött információk gazdagsága szempontjából. A Hubble Űrtávcső legtermékenyebb tudományos erőfeszítései a „Deep Field” fényképek voltak.
Annak érdekében, hogy mindig csak egy térbeli területet tudjon megnézni, Angel és csapata arra keres, hogy az egyik hold pólusra keresse a távcső legjobb helyét. Mint a Föld pólusaira is, a Hold pólusaitól egyenesen felfelé nézve mindig ugyanaz az extragalaktikus látómező érhető el. "Ha a hold északi vagy déli pólusára megyünk, akkor mindig egy égboltot fogunk ábrázolni, és ez lehetővé teszi egy rendkívül mély integrációt, még mélyebbre, még a Hubble Deep Fieldnél is." Kombinálja ezt egy nagy nyílással, és ez a távcső olyan megfigyelési mélységet biztosítana, amely páratlan lenne a Földön vagy az űrben található bármely távcsővel. - Ez a teleszkóp rése vagy különleges ereje - mondta Angel.
A folyékony tükrök másik hátránya, hogy nagyon olcsók a szabványos tükrök elkészítéséhez képest, amikor nagy, merev üvegdarabot készítenek, políroznak és tesztelnek, vagy kisebb darabokat készítenek, amelyeket csiszolni, tesztelni és nagyon össze kell kötni. pontosan. Az LMT-knek szintén nincs szükségük drága tartókra, támaszokra, nyomkövető rendszerekre vagy kupolára.
"A James Webb teleszkóp összköltsége várhatóan meghaladja az egymilliárd dollárt, egyedül a tükör árcédulája körülbelül negyedmillió dollár körül" - mondta Angel. „Ez a tükör 6 méter, tehát ha ezt a technológiát még nagyobb tükrökre méretezzük az űrben, akkor végül megtörjük a bankot, és nem tudjuk megfizetni őket a jelenlegi technológiával, amellyel a csiszolt tükör és az űrbe jutás.
Bár a 2 méteres távcső prototípus lenne, csillagászati szempontból is értékes. "Meg tudnánk csinálni olyan dolgokat, amelyek kiegészítők lehetnek a Spitzer Űrtávcsővel és a Webb-távcsővel, mivel a Holdon lévő 2 méteres távcső kitöltené a két távcső közötti területet." Egy 20 méteres tükör háromszor nagyobb felbontást biztosítana, mint a JWST, és ha a „redőnyöt” hosszú ideig, például egy éven át integrálva vagy nyitva hagyva, 100-szor halványabb tárgyakat lehet megtekinteni. Egy 100 méteres tükör adatokat szolgáltatna a táblázatoktól.
Az LMT kifejlesztésének egyik kihívása a Holdon az, hogy olyan csapágyakat hozzon létre, amelyek simán és állandó sebességgel forognak a peronon. A levegőcsapágyakat a földi LMT-khöz használják, de a Holdon nincs levegő, ez lehetetlen. Angel és csapata a kriogén lebegő csapágyakat vizsgálja, hasonlóan ahhoz, amit a mágneses lebegő vonatokhoz használnak, hogy súrlódásmentes mozgást érjenek el egy mágneses mező használatával. Angel hozzátette: „Bónuszként a hold alacsony hőmérsékleteivel energiát nem is költenie, mert szupravezető mágnest készíthet, amely lehetővé teszi egy olyan lebegő csapágy készítését, amely nem igényel folyamatos elektromos energiát. ”
Angel a csapágyakat a távcső kritikus elemének nevezte. "Mivel a holdon nincs levegő, hogy szél keletkezzen, nincs korlátozva a méret vagy a szükséges pontosság, amíg a csapágy rendben van" - mondta Angel.
A projekt egyik fejleménye a NIAC támogatás elnyerése óta a távcső elhelyezkedése. Az eredeti javaslatban Angel csapata a hold déli pólusát részesítette előnyben a Shackleton-kráterben. De az északi sark valóban jobb látóteret kínál az extragalaktikus megfigyeléshez, rájöttek és Angel várja az adatokat az Európai Űrügynökség SMART-1 holdpályájáról, amely a közelmúltban megkezdte a hold sarki régióinak felmérését.
"A sarki régiókban vannak olyan kráterek, ahol a nap soha nem világít, és soha nem melegíti a talajt" - mondta Angel. “Rendkívül hideg van, nem túl messze az abszolút nullától. Ahelyett, hogy ilyen ellenséges körülmények között építenénk a távcsövet, megpróbálnánk a távcsövet az egyik pólus csúcsára építeni, ahol szinte folyamatosan napsütés lenne. Ez napenergiát biztosítana, és a körülmények jobbak lennének az ott élő emberek számára. Csak annyit kell tennie, hogy egy hengeres Mylar képernyőt helyez a teleszkóp körül, hogy megakadályozzon, hogy a nap soha ne csapjon rá, és ugyanúgy lehűl, mint a kráterek alján. ”
Az infravörös megfigyelés mellett a hideg távcső elengedhetetlen ahhoz, hogy hidegebb és halványabb tárgyakat láthasson az űrben. Ideális lenne, ha a távcsövet nullához közel állnák (0 Kelvin fok, -273 C, -460 F). Mivel a higany lefagy ezen a hőmérsékleten, a projekt másik kihívása a megfelelő folyadék megtalálása a tükörhöz forogni. Néhány jelölt az etán, a metán és más apró szénhidrogének, például azok a folyadékok, amelyeket a Titanán találtak meg a Huygens szonda segítségével, amely január 14-én a Saturn legnagyobb holdján landolt.
"De ezek a folyadékok nem fényesek, tehát kitalálnia kell, hogyan helyezhet egy fényes fém, mint az alumínium közvetlenül a folyadék felületére" - mondta Angel. „Általában, amikor csillagászati távcsövet készítünk, üvegből készítjük a tükröket, amelyek nem tükrözik nagyon sokat, és akkor az alumíniumot vagy az ezüstöt elpárologtatják az üvegre. A holdon a fémnek a folyadékra kellene párolognunk, nem az üvegre.
Ez az egyik legfontosabb kutatási terület a NIAC díj alapján. A kezdeti tanulmányokban az Angel csapata képes volt egy fém elpárologtatására folyadékra, bár még nem a szükséges hideg hőmérsékleten. Az eddigi eredmények azonban ösztönzik őket.
Az Angel csapata atipikus egy NIAC projektnél, mivel egy nemzetközi együttműködés, és az NIAC nem finanszíroz nemzetközi partnereket. "Előfordul, hogy a folyékony tükör teleszkópok gyártásával foglalkozó világszakértők mind Kanadában vannak, tehát elengedhetetlen volt, hogy ha arra gondolnánk, hogy ezt tegyük a Holdon, behozzuk őket" - mondta Angel. "Szerencsére úgy jöttek be a jegyükre, hogy úgy mondjam, és izgalommal bírnak a projekttel."
A csapat kanadai tagjai: Emanno Borra, a Quebeci Laval Egyetemen, aki az 1980-as évek eleje óta kutatja és épít LMT-ket, és Paul Hickson, a Brit Columbia Egyetemen, aki Borra segítségével építette be a 6 méteres LMT-t Vancouver. További munkatársak: Ki Ma a houstoni texasi egyetemen, aki a kriogén csapágyak szakértője, Warren Davison az arizonai egyetemen, aki a távcsövek gépészmérnöke, és Suresh Sivanandam posztgraduális hallgató.
A NIAC-t 1998-ban hozták létre, hogy forradalmi elképzeléseket kérjen az űrügynökségen kívüli emberek és szervezetek részéről, amelyek elősegítik a NASA küldetéseit. A nyertes fogalmakat azért választották, mert „a tudomány és a technológia határait túllépik”, és „relevánsak a NASA küldetése szempontjából”. E koncepciók kidolgozása várhatóan legalább egy évtizedig tart.
Angel szerint nagyszerű lehetőség a NIAC-díj megszerzése. "Kétségkívül javaslatot fogunk írni a II. Fázisra (a NIAC finanszírozása)" - mondta. „Az I. szakaszban azonosítottuk a projekt legkritikusabb kérdéseit, és milyen gyakorlati lépéseket kell tennünk. Nyitottunk meg néhány kérdést, és van néhány egyszerű teszt, amelyeket megtehetünk, hogy megtudjuk, vannak-e show-dugók vagy sem. "
A Lunar Infravörös Megfigyelőközpont valósággá tételének legnagyobb akadálya valószínűleg teljesen Angel kezéből fakad. "A hold nagyon érdekes hely a tudomány elvégzéséhez" - mondta Angel. "Ugyanakkor a NASA erőforrások jelentős elkötelezettségére támaszkodik a holdhoz való visszatérés érdekében." Természetesen ahhoz, hogy a nagy, 20 vagy 100 méteres távcsöveket felépítsék, személyzettel kell lenniük a Holdon. - Tehát - folytatta Angel -, azzal, hogy a tudományát ebbe az irányba vonzza, egy nagyon nagy kutya farkává válik, amelynek felett nincs teljesen uralma?
Angel reméli, hogy a NASA és az Egyesült Államok fenntarthatja az űrkutatás jövőképének lendületét és visszatérhet a holdra. "Végül azt hiszem, hogy az űrbe költözés olyan dolog, amelyet az emberek sürgetnek, és valamikor meg fognak tenni" - mondta Angel. „Amikor ez megtörténik, fontos, hogy érdekes dolgok legyenek, miután megérkeztünk. Tudnunk kell, hogy miért hagytuk el a bolygó felszínét, hogy a Holdra menjenek. Igen, feltárjuk, de nemcsak a holdot fedezhetjük fel, hanem ezt a helyet tudományos kutatásokhoz használhatjuk a Holdon túl is. Úgy gondolom, hogy ez egy olyan dolog, aminek a nagy képen meg kell történnie. "
Nancy Atkinson szabadúszó író és a NASA Naprendszer nagykövete. Illinoisban él.
