Credit imagine: Universitatea din Arizona
În urmă cu 30 de ani, dr. Roger Angel a venit la Universitatea din Arizona, atrasă de condițiile favorabile pentru observarea astronomică în zona Tucson, Arizona: mai multe telescoape sunt convenabil în apropiere și, desigur, vremea este minunat temperată. Însă acum, Angel propune să construiască un telescop într-o locație ceva mai îndepărtată și nu tocmai atât de balsamă: un crater polar pe lună.
Cunoscut pentru inovațiile sale în oglinzile telescopului ușor și optica adaptivă, Angel conduce acum o echipă de oameni de știință din SUA și Canada care explorează fezabilitatea construirii unui Observator infraroșu adânc în apropiere de unul dintre stâlpii lunari folosind un telescop cu oglindă lichidă (LMT) ).
Acest concept este una dintre cele 12 propuneri care au început să primească finanțare în octombrie anul trecut de la Institutul NASA pentru Conceptele Avansate (NIAC). Fiecare primește 75.000 USD pentru șase luni de cercetare pentru a face studii inițiale și pentru a identifica provocările în dezvoltare. Proiectele care fac acest lucru în prima fază sunt eligibile pentru încă 400.000 USD peste doi ani.
LMT-urile sunt realizate prin rotirea unui lichid reflectorizant, de obicei mercur, pe o platformă în formă de bol, pentru a forma o suprafață parabolică, perfectă pentru optica astronomică. Isaac Newton a propus inițial teoria, dar tehnologia de a crea cu adevărat un astfel de dispozitiv cu succes a fost abia recent dezvoltată. Doar o mână de LMT-uri sunt folosite astăzi, inclusiv un LMT de 6 metri în Vancouver, Canada și o versiune de 3 metri pe care NASA o folosește pentru Observatorul Orbital Debris din New Mexico.
Pe Pământ, LMT-urile au dimensiunea limitată la aproximativ 6 metri în diametru, deoarece vântul auto-generat care vine din învârtirea telescopului perturbă suprafața. În plus, la fel ca și celelalte telescoape de pe Pământ, LMT-urile sunt supuse absorbției și distorsiunii atmosferice, reducând mult raza de acțiune și sensibilitatea observării în infraroșu. Dar, luna fără atmosferă, spune Angel, oferă locația perfectă pentru acest tip de telescop, furnizând în același timp gravitația necesară formării oglinzii parabolice.
Potențialul unui LMT pe lună este de a realiza un telescop foarte mare. Pentru referință, Telescopul spațial Hubble are o oglindă de 2,4 metri, iar Telescopul spațial James Webb (JWST), dezvoltat pentru lansare în 2011, va avea o oglindă de 6 metri. Conceptul pentru propunerea lui Angel de la NIAC este o oglindă de 20 de metri, însă, cu cercetările pe care echipa le-a făcut până acum, aceștia încearcă să creeze oglinzi foarte mari, 100 de metri fiind opțiunea finală mare. Ei iau în considerare și LMT-uri mai mici. „Evident, nu putem merge pe lună și să facem o oglindă de 100 de metri primul lucru”, a spus Angel. „Ne uităm la o secvență de dimensiuni de scară de 2 metri, 20 de metri și 100 de metri și analizăm care este potențialul pentru fiecare”. Angel crede că telescopul de 2 metri ar putea fi făcut fără nicio prezență umană pe Lună și pus la punct ca un telescop robot, la fel cum instrumentele științifice de pe rovers Marte funcționează acum.
Limitarea unei oglinzi lichide constă în faptul că este orientată doar în sus, deci nu este ca un telescop standard care poate fi orientat în orice direcție și să urmărească obiecte din cer. Se uită doar la zona cerului care este direct deasupra capului.
Deci, obiectivul științific pentru un LMT este să nu privească întregul cer, ci să ia o singură zonă de spațiu și să o privești intens. Acest tip de astronomie a fost foarte „profitabil”, după cum a descris-o Angel, în ceea ce privește bogăția de informații adunate. Unele dintre cele mai productive eforturi științifice ale Telescopului Spațial Hubble au fost fotografiile sale „Deep Field”.
Pentru a putea privi în orice moment doar o singură zonă de spațiu, îi determină pe Angel și echipa sa să se uite la unul dintre stâlpii lunari pentru o locație cât mai bună pentru acest telescop. La fel ca la stâlpii Pământului, privirea directă de pe stâlpii lunii oferă întotdeauna același câmp de vedere extragalactic. „Dacă mergem la Polul Nord sau Sud al Lunii, ne vom imagina tot timpul o singură pată de cer, astfel încât să îți faci o integrare extrem de profundă, mult mai adâncă chiar și decât câmpul adânc Hubble.” Combinați acest lucru cu o diafragmă mare și acest telescop ar oferi o adâncime de observație care nu va fi asociată cu orice telescop de pe Pământ sau în spațiu. „Aceasta este nișa sau puterea particulară a acestui telescop”, a spus Angel.
Un alt aspect al oglinzilor lichide este că acestea sunt foarte ieftine, în comparație cu procesul de realizare a unei oglinzi standard, prin crearea, lustruirea și testarea unei bucăți mari, rigide de sticlă sau crearea de piese mai mici care trebuie lustruite, testate și apoi unite foarte cu acuratețe. De asemenea, LMT-urile nu au nevoie de suporturi, suporturi, sisteme de urmărire sau cupolă scumpe.
"Costul total al telescopului James Webb este de așteptat să depășească un miliard de dolari, cu prețul pe oglindă doar în jur de un sfert de milion de dolari", a spus Angel. „Această oglindă are 6 metri, așa că dacă am extinde această tehnologie la oglinzi și mai mari în spațiu, vom ajunge în cele din urmă la ruperea băncii și nu le vom putea permite prin tehnologia actuală de a face oglinda lustruită și ridicându-l în spațiu. ”
Chiar dacă telescopul de 2 metri ar fi un prototip, acesta ar fi încă valoros din punct de vedere astronomic. „Am putea face lucruri care sunt complementare Telescopului spațial Spitzer și Telescopului Webb, deoarece telescopul de 2 metri de pe lună ar umple teritoriul între aceste două telescoape.” O oglindă de 20 de metri ar oferi o rezoluție de 3 ori mai mare decât JWST și, prin integrarea sau lăsarea „obturatorului” deschis pentru perioade lungi, ca un an, obiectele de 100 de ori mai slabe ar putea fi vizualizate. O oglindă de 100 de metri ar furniza date care sunt în afara graficelor.
Una dintre provocările dezvoltării unui LMT pe lună este crearea de rulmenți pentru a roti platforma lin și cu viteză constantă. Rulmenții de aer sunt folosiți pentru LMT-uri pe Pământ, dar fără aer pe lună, acest lucru este imposibil. Angel și echipa sa se uită la lagărele de levitație criogenă, similare cu cele utilizate pentru trenurile de levitație magnetică pentru a obține o mișcare fără frecare prin utilizarea unui câmp magnetic. Angel a adăugat: „Ca bonus, cu temperaturile scăzute pe lună, puteți face asta fără să cheltuiți energie, deoarece puteți face un magnet supraconductor care vă permite să faceți un rulment de levitație care nu necesită o intrare continuă de energie electrică. “
Angel a numit rulmenții o componentă critică a telescopului. „Fără aer pe lună pentru a crea vânt, nu există nicio limită la dimensiune sau la atingerea exactității pe care o solicitați atâta timp cât rulmentul este în regulă”, a spus Angel.
O evoluție a proiectului de la primirea finanțării NIAC este amplasarea telescopului. În propunerea inițială, echipa lui Angel a favorizat polul sud al lunii în craterul Shackleton. Dar polul nord oferă de fapt un câmp de vedere mai bun pentru observația extragalactică, și-au dat seama, iar Angel așteaptă date de la orbitorul lunar SMART-1 al Agenției Spațiale Europene care a început recent să cerceteze regiunile polare ale lunii.
„În regiunile polare există câteva cratere în care soarele nu se aprinde niciodată și nu încălzește niciodată pământul”, a spus Angel. „Este extrem de frig acolo, nu prea departe de zero absolut. În loc să construim telescopul în astfel de condiții ostile, am încerca să construim telescopul pe un vârf al unuia dintre stâlpi, unde va fi soare aproape continuu. Aceasta ar oferi energie solară, iar condițiile ar fi mai bune pentru oamenii care locuiesc acolo. Tot ce trebuie să faceți este să puneți un ecran cilindric Mylar în jurul telescopului pentru a împiedica soarele să-l lovească vreodată și să se răcească la fel ca în partea de jos a craterelor. "
Cu observarea în infraroșu, un telescop rece este vital pentru a putea vedea obiecte mai reci și mai slabe în spațiu. A avea telescopul aproape la zero absolut (0 grade Kelvin, -273 C, -460 F) ar fi ideal. Deoarece mercurul va îngheța la aceste temperaturi, o altă provocare a proiectului este găsirea lichidului potrivit pentru a se învârti pentru oglindă. Unii dintre candidați sunt etan, metan și alte hidrocarburi mici, precum lichidele care au fost găsite pe Titan de sonda Huygens, care a aterizat pe cea mai mare lună a lui Saturn pe 14 ianuarie.
„Dar aceste lichide nu sunt strălucitoare, așa că trebuie să vă dați seama cum să depuneți un metal lucios ca aluminiu direct pe suprafața lichidului”, a spus Angel. „În mod normal, când facem un telescop astronomic, facem oglinzile din sticlă, care nu se reflectă foarte mult, iar apoi evaporăm aluminiu sau argint pe sticlă. Pe lună, ar trebui să evaporăm metalul pe lichid și nu pe geam. ”
Acesta este unul dintre domeniile cheie ale cercetării din cadrul premiului NIAC. În studiile inițiale, echipa lui Angel a reușit să evaporeze un metal pe un lichid, deși nu încă la temperaturile reci necesare. Cu toate acestea, acestea sunt încurajate de rezultatele de până acum.
Echipa lui Angel este atipică pentru un proiect NIAC, prin faptul că este o colaborare internațională și NIAC nu finanțează partenerii internaționali. „Se întâmplă că experții mondiali în realizarea telescoapelor cu oglindă lichidă sunt toate în Canada, așa că a fost esențial ca, dacă ne gândim să facem asta pe luna pe care le aducem”, a spus Angel. „Din fericire, au intrat pe propriul bilet, ca să zic așa, și sunt încântați de proiect.”
Membrii canadieni ai echipei sunt Emanno Borra, de la Universitatea Laval din Quebec, care cercetează și construiește LMT-uri încă de la începutul anilor 1980, și Paul Hickson, de la Universitatea din Columbia Britanică, care, cu ajutorul lui Borra, a construit LMT de 6 metri în Vancouver. Alți colaboratori includ Ki Ma de la Universitatea din Texas din Houston, care este expert în rulmenții criogenici, Warren Davison de la Universitatea din Arizona, care este expert în inginerie mecanică în telescoape și studentul absolvent Suresh Sivanandam.
NIAC a fost creată în 1998 pentru a solicita concepte revoluționare de la oameni și organizații din afara agenției spațiale care ar putea avansa misiunile NASA. Conceptele câștigătoare sunt alese pentru că „împing limitele științei și tehnologiei cunoscute” și „arată relevanță pentru misiunea NASA”, potrivit NASA. Se preconizează că aceste concepte vor dura cel puțin un deceniu pentru a se dezvolta.
Angel spune că primirea premiului NIAC este o oportunitate excelentă. „Vom scrie fără îndoială o propunere pentru faza II (din finanțarea NIAC)”, a spus el. „În faza I am identificat care sunt unele dintre cele mai importante probleme ale acestui proiect și ce pași practic ar trebui să facem acum. Am deschis câteva întrebări și putem face câteva teste simple pentru a vedea dacă există sau nu opritoare de spectacol. ”
Cea mai mare piedică în ceea ce privește transformarea Observatorului Lunar în Infraroșu este, probabil, complet din mâinile lui Angel. „Luna este un loc foarte interesant pentru a face știință”, a spus Angel. „Cu toate acestea, se bazează pe un angajament substanțial de resurse de către NASA de a reveni pe lună.” Cu siguranță, pentru a construi telescoapele mari de 20 sau 100 de metri, ar trebui să existe o prezență personală pe Lună. „Deci, continuă Angel,„ lovindu-ți știința în această direcție, devii coada unui câine foarte mare asupra căruia nu ai absolut niciun control ”?
Angel speră ca NASA și Statele Unite să poată menține impulsul Viziunii pentru Explorarea Spațială și să se întoarcă pe Lună. "Cred că, în cele din urmă, faptul că mutarea în spațiu este ceva pe care oamenii au nevoie de a face și va face cândva", a spus Angel. „Când se întâmplă asta, este important să avem lucruri interesante de făcut odată ce ajungem acolo. Trebuie să știm de ce am părăsit suprafața acestei planete pentru a merge pe lună. Explorăm, da, dar putem explora nu numai luna, dar o putem folosi ca loc pentru a face cercetări științifice dincolo de Lună. Cred că este ceva care ar trebui să se întâmple în imaginea mare. "
Nancy Atkinson este scriitor independent și ambasador al Sistemului Solar NASA. Locuiește în Illinois.
