Attēla kredīts: Arizonas Universitāte
Pirms vairāk nekā 30 gadiem doktors Rodžers Eņģelis ieradās Arizonas universitātē, un to piesaistīja labvēlīgie apstākļi astronomiskai novērošanai Tuksonas štatā Arizonas apgabalā: vairāki teleskopi atrodas ērti tuvumā, un, protams, laika apstākļi ir lieliski mēreni. Bet tagad Eņģelis ierosina uzbūvēt teleskopu vietā, kas atrodas nedaudz attālākā un ne gluži tik balzā: polārā krātera uz Mēness.
Eņģelis, pazīstams ar jauninājumiem vieglo teleskopu spoguļos un adaptīvajā optikā, tagad vada zinātnieku komandu no ASV un Kanādas, kuri pēta Dziļā lauka infrasarkanās observatorijas celtniecības iespējas netālu no viena no Mēness poliem, izmantojot Liquid Mirror Telescope (LMT). ).
Šī koncepcija ir viens no 12 priekšlikumiem, kas pagājušā gada oktobrī sāka saņemt finansējumu no NASA uzlaboto koncepciju institūta (NIAC). Katrs saņem 75 000 USD par sešu mēnešu pētījumu, lai veiktu sākotnējos pētījumus un identificētu attīstības problēmas. Projektiem, kas to sasniedz pirmajā posmā, var pretendēt uz USD 400 000 vairāk divu gadu laikā.
LMT izgatavo, vērpjot atstarojošu šķidrumu, parasti dzīvsudrabu, uz bļodas formas platformas, lai izveidotu parabolisku virsmu, kas ir lieliski piemērota astronomiskai optikai. Īzaks Ņūtons sākotnēji ierosināja teoriju, taču tehnoloģija šādas ierīces reālai veiksmīgai izveidošanai tika izstrādāta tikai nesen. Mūsdienās tiek izmantota tikai nedaudz LMT, ieskaitot 6 metru LMT Vankūverā, Kanādā, un 3 metru versiju, ko NASA izmanto savai Orbitālo gružu observatorijai Ņūmeksikā.
Uz Zemes LMT izmēri ir ierobežoti līdz apmēram 6 metriem diametrā, jo paša radītais vējš, kas nāk no teleskopa vērpšanas, traucē virsmu. Turklāt, tāpat kā citi uz Zemes esošie teleskopi, LMT ir pakļauti atmosfēras absorbcijai un izkropļojumiem, ievērojami samazinot infrasarkano staru novērošanas diapazonu un jutīgumu. Bet bez atmosfēras nesaturošs mēness, pēc Eņģeļa teiktā, nodrošina perfektu atrašanās vietu šāda veida teleskopam, vienlaikus nodrošinot gravitācijas spēku, kas nepieciešams paraboliskā spoguļa veidošanai.
LMT potenciāls uz mēness ir ļoti liela teleskopa izgatavošana. Atsauces nolūkos Habla kosmiskajam teleskopam ir 2,4 metru spogulis, un Džeimsa Veba kosmiskajam teleskopam (JWST), kas tiks izstrādāts palaišanai 2011. gadā, būs 6 metru spogulis. Eņģeļa NIAC priekšlikuma ideja ir 20 metru spogulis, taču, līdz šim komanda līdz šim ir veikusi pētījumu, viņi tagad cenšas izveidot ļoti lielus spoguļus, un 100 metri ir lielākais gala variants. Viņi apsver arī mazākus LMT. "Mēs acīmredzot nevaram iet uz Mēness un vispirms uztaisīt 100 metru spoguli," sacīja Eņģelis. "Mēs skatāmies uz skalas izmēru secību 2 metri, 20 metri un 100 metri, un mēs skatāmies, kāds ir katra no tiem potenciāls." Eņģelis uzskata, ka 2 metru teleskopu varētu izgatavot bez cilvēka klātbūtnes uz Mēness, un tas tika uzstādīts kā robots teleskops, līdzīgi kā zinātniskie instrumenti uz Marsa roveriem darbojas tagad.
Šķidrā spoguļa ierobežojums ir tas, ka tas ir vērsts tikai taisni uz augšu, tāpēc tas nav līdzīgs standarta teleskopam, ko var norādīt jebkurā virzienā un izsekot objektiem debesīs. Tas aplūko tikai debesu zonu, kas ir tieši virs galvas.
Tātad, LMT zinātniskais mērķis ir nevis skatīties pa visu debesīm, bet ņemt vienu telpas laukumu un intensīvi to aplūkot. Šis astronomijas veids ir bijis ļoti “rentabls”, kā to aprakstījis Eņģelis, ņemot vērā apkopotās informācijas bagātību. Daži no Habla kosmiskā teleskopa visproduktīvākajiem zinātniskajiem centieniem ir bijuši tā “Dziļā lauka” fotoattēli.
Lai visu laiku varētu aplūkot tikai vienu kosmosa zonu, Eņģelis un viņa komanda liek meklēt vienu no Mēness poliem, lai iegūtu labāko šī teleskopa atrašanās vietu. Tāpat kā uz Zemes stabiem, skatoties taisni uz Mēness poliem, vienmēr tiek nodrošināts tāds pats ārpusgalaktiskais skata lauks. "Ja mēs ejam uz mēness ziemeļu vai dienvidu polu, mēs visu laiku attēlosim vienu debesu plāksteri, un tas ļaus jums veikt ļoti dziļu integrāciju, pat daudz dziļāk nekā Habla dziļais lauks." Apvieno to ar lielu atvērumu, un šis teleskops nodrošinātu novērošanas dziļumu, kas būtu nepārspējams ar jebkuru teleskopu uz Zemes vai kosmosā. "Tā ir šī teleskopa niša vai īpašais stiprums," sacīja Eņģelis.
Vēl viens šķidro spoguļu pluss ir tāds, ka tie ir ļoti lēti salīdzinājumā ar standarta spoguļa izgatavošanas procesu, izveidojot, pulējot un pārbaudot lielu, stingru stikla gabalu vai izveidojot mazākus gabaliņus, kas ir jāslīpē, jāpārbauda un pēc tam ļoti jāapvieno. precīzi. Arī LMT nav nepieciešami dārgi stiprinājumi, balsti, izsekošanas sistēmas vai kupols.
"Paredzams, ka Džeimsa Veba teleskopa kopējās izmaksas pārsniegs miljardu dolāru, tikai ar cenu zīmi uz spoguļa ap ceturtdaļu miljona dolāru," sacīja Eņģelis. “Šis spogulis ir 6 metru liels, tāpēc, ja mēs mērogsim šo tehnoloģiju vēl lielākiem spoguļiem kosmosā, mēs galu galā iznīcināsim banku, un mēs nevarētu atļauties viņiem to izmantot ar mūsdienīgu pulēta spoguļa izgatavošanas un pacelt to kosmosā. ”
Kaut arī 2 metru teleskops būtu prototips, tas tomēr būtu astronomiski vērtīgs. "Mēs varētu darīt lietas, kas papildina Spicera kosmisko teleskopu un Veba teleskopu, jo 2 metru teleskops uz Mēness aizpildītu teritoriju starp šiem diviem teleskopiem." 20 metru spogulis nodrošinātu izšķirtspēju 3 reizes lielāku nekā JWST, un, integrējot “aizvaru” vai atstājot to vaļā ilgstoši, piemēram, gadu, varētu apskatīt 100 reizes vājākus objektus. 100 metru spogulis nodrošinātu datus, kas ir ārpus tabulām.
Viens no izaicinājumiem, izstrādājot LMT uz Mēness, ir gultņu izveidošana, lai platforma vienmērīgi un nemainīgā ātrumā spinātu platformu. Gaisa gultņi tiek izmantoti LMT uz Zemes, bet bez gaisa uz Mēness tas nav iespējams. Eņģelis un viņa komanda aplūko kriogēnos levitācijas gultņus, kas ir līdzīgi tam, ko izmanto magnētiskās levitācijas vilcienos, lai, izmantojot magnētisko lauku, iegūtu berzes kustību. Eņģelis piebilda: “Kā prēmiju ar zemu mēness temperatūru jūs varat to izdarīt, netērējot enerģiju, jo jūs varat izgatavot supravadošu magnētu, kas ļauj izgatavot levitācijas gultni, kam nav nepieciešama nepārtraukta elektriskās strāvas padeve. ”
Eņģelis sauca gultņus par kritisku teleskopa sastāvdaļu. "Tā kā uz Mēness nav vēja, lai radītu vēju, nav nepieciešamā lieluma vai sasniedzamās precizitātes, ja vien gultnis ir kārtībā," sacīja Eņģelis.
Viena projekta attīstība kopš NIAC finansējuma saņemšanas ir teleskopa atrašanās vieta. Sākotnējā priekšlikumā Eņģeļa komanda priekšroku deva Mēness dienvidu polam Šaketonas krāterī. Bet viņi saprata, ka ziemeļpols patiesībā piedāvā labāku redzamības lauku extragalactic novērojumiem, un Eņģelis gaida datus no Eiropas Kosmosa aģentūras SMART-1 Mēness orbitera, kas nesen sāka apsekot Mēness polāros reģionus.
“Polārajos reģionos ir daži krāteri, kur saule nekad nespīd un nekad nesilda zemi,” sacīja Eņģelis. “Tur ir ārkārtīgi auksts, ne pārāk tālu virs absolūtās nulles. Tā vietā, lai veidotu teleskopu šādos naidīgos apstākļos, mēs mēģinātu to uzbūvēt jebkura no poliem virsotnēs, kur gandrīz nepārtraukti būtu saule. Tas nodrošinātu saules enerģiju, un apstākļi būtu labāki tur dzīvojošajiem. Viss, kas jums jādara, ir ap teleskopu novietot cilindrisku Mylar ekrānu, lai saule to nekad neuztvertu, un tas atdziest tāpat kā krāteru apakšā. ”
Ar infrasarkano staru novērošanu auksts teleskops ir ļoti svarīgs, lai kosmosā varētu redzēt vēsākus un gaišākus objektus. Ideāls būtu, ja teleskops būtu gandrīz absolūtā nulle (0 grādi pēc Kelvina, -273 C, -460 F). Tā kā dzīvsudrabs šajās temperatūrās sasalst, vēl viens projekta izaicinājums ir pareizā šķidruma atrašana spoguļa griešanai. Daži no kandidātiem ir etāns, metāns un citi mazi ogļūdeņraži, piemēram, šķidrumi, kurus Titānā atrada Huygens zonde, kas 14. janvārī nolaidās uz Saturna lielākā mēness.
"Bet šie šķidrumi nav spīdīgi, tāpēc jums ir jāizdomā, kā novietot tādu spīdīgu metālu kā alumīnijs tieši uz šķidruma virsmas," sacīja Eņģelis. “Parasti, kad veidojam astronomisko teleskopu, mēs izgatavojam spoguļus no stikla, kas nemaz neatstaro, un tad jūs uz stikla iztvaicējat alumīniju vai sudrabu. Uz Mēness mums būtu jāiztvaiko metāls uz šķidruma, nevis stikla. ”
Tā ir viena no galvenajām pētījumu jomām, kurai piešķirta balva NIAC. Sākotnējos pētījumos Eņģeļa komanda ir spējusi iztvaicēt metālu uz šķidruma, lai gan tas vēl nav pie nepieciešamās aukstās temperatūras. Tomēr viņus mudina līdzšinējie rezultāti.
Eņģeļa komanda ir netipiska NIAC projektam, jo tā ir starptautiska sadarbība, un NIAC nefinansē starptautiskos partnerus. "Gadās, ka visi pasaules eksperti, kas ražo šķidru spoguļu teleskopus, ir visi Kanādā, tāpēc tas bija ļoti svarīgi, ja mēs domājam to darīt uz Mēness, mēs tos ievedam," sacīja Eņģelis. "Par laimi, viņi, tā sakot, ir ieradušies uz savu biļeti un ir sajūsmā par projektu."
Kanādas komandas locekļi ir Emanno Borra no Laval Universitātes Kvebekā, kurš ir pētījis un veidojis LMT kopš 1980. gadu sākuma, un Pols Hiksons no Britu Kolumbijas universitātes, kurš ar Borra palīdzību uzbūvēja 6 metru LMT Vankūvera. Starp citiem līdzstrādniekiem ir Ki Ma Teksasas Universitātē Hjūstonā, kurš ir kriogēno gultņu eksperts, Warren Davison no Arizonas universitātes, kurš ir mašīnbūves eksperts teleskopos, un doktorants Suresh Sivanandam.
NIAC tika izveidots 1998. gadā, lai lūgtu revolucionāras idejas no cilvēkiem un organizācijām ārpus kosmosa aģentūras, kas varētu virzīt NASA misijas. Uzvarētājkoncepcijas tiek izvēlētas tāpēc, ka tās “pārspiež zināmās zinātnes un tehnoloģijas robežas” un “liecina par atbilstību NASA misijai”, norāda NASA. Paredzams, ka šo koncepciju izstrāde prasīs vismaz desmit gadus.
Eņģelis saka, ka NIAC balvas saņemšana ir lieliska iespēja. "Mēs neapšaubāmi uzrakstīsim priekšlikumu II posmam (no NIAC finansējuma)," viņš teica. “I fāzē mēs esam identificējuši dažus no kritiskākajiem jautājumiem šajā projektā un kādus praktiskus pasākumus mums vajadzētu veikt tagad. Mēs esam atklājuši dažus jautājumus, un ir daži vienkārši testi, ko mēs varam darīt, lai noskaidrotu, vai ir kādi šova aizbāžņi. "
Lielākais šķērslis, lai Mēness infrasarkano staru observatoriju padarītu par realitāti, visticamāk, ir pilnībā ārpus Eņģeļa rokām. “Mēness ir ļoti interesanta zinātnes veikšanas vieta,” sacīja Eņģelis. "Tomēr tas ir pamatots ar NASA būtisku resursu apņemšanos atgriezties uz Mēness." Noteikti, lai uzbūvētu lielos 20 vai 100 metru teleskopus, uz Mēness ir jābūt apkalpotai personai. “Tātad,” turpināja Eņģelis, “aizķerot tavu zinātni šajā virzienā, tu kļūsi par ļoti liela suņa asti, kuru tev absolūti nav nekādas iespējas kontrolēt”?
Eņģelis cer, ka NASA un Amerikas Savienotās Valstis spēs saglabāt kosmosa izpētes vīzijas impulsu un atgriezties uz Mēness. "Es galu galā domāju, ka pārvietošanās kosmosā ir kaut kas tāds, ko cilvēki mudina darīt un kādreiz arī darīs," sacīja Eņģelis. “Kad tas notiek, ir svarīgi veikt interesantas lietas, kad esam nokļuvuši. Mums jāzina, kāpēc mēs atstājām šīs planētas virsmu, lai dotos uz Mēnesi. Mēs pētām, jā, bet mēs varam izpētīt ne tikai Mēnesi, bet izmantot to kā vietu zinātnisku pētījumu veikšanai ārpus Mēness. Es domāju, ka tas ir kaut kas, kam vajadzētu notikt. ”
Nensija Atkinsone ir ārštata rakstniece un NASA Saules sistēmas vēstniece. Viņa dzīvo Ilinoisā.
