Bonus slike: Sveučilište u Arizoni
Prije više od 30 godina, dr. Roger Angel došao je na Sveučilište u Arizoni, privučen povoljnim uvjetima za astronomska promatranja u području Tucson u Arizoni: nekoliko je teleskopa prikladno u blizini, i naravno, vrijeme je prilično umjereno. Ali sada, Angel predlaže da se izgradi teleskop na mjestu malo udaljenijem i ne baš tako turobnom: polarnom krateru na Mjesecu.
Poznat po svojim inovacijama u laganim teleskopskim ogledalima i adaptivnom optikom, Angel sada vodi tim znanstvenika iz SAD-a i Kanade koji istražuju izvedivost izgradnje infracrvenog opservatorija dubokog polja u blizini jednog od lunarnih stupova pomoću tekućeg zrcalnog teleskopa (LMT ).
Ovaj koncept jedan je od 12 prijedloga koji su počeli financirati prošlog listopada od NASA-inog instituta za napredne koncepte (NIAC). Svaka osoba dobiva 75.000 dolara za šestomjesečno istraživanje kako bi napravili početne studije i identificirali izazove u razvoju. Projekti koji prođu kroz prvu fazu ispunjavaju uvjete za čak 400.000 dolara više tijekom dvije godine.
LMT-ovi se izrađuju centrifugiranjem reflektirajuće tekućine, obično žive, na platformi u obliku zdjele, čime se formira parabolična površina, pogodna za astronomsku optiku. Isaac Newton je izvorno predložio teoriju, ali tehnologija za stvarno stvaranje takvog uređaja tek je nedavno razvijena. Danas se koristi samo nekoliko LMT-a, uključujući 6-metarski LMT u Vancouveru u Kanadi i 3-metarsku verziju koju NASA koristi za svoj opservatorij orbitalnih krhotina u Novom Meksiku.
Na Zemlji su LMT-ovi ograničeni na promjer otprilike 6 metara, jer samo-generirani vjetar koji dolazi iz okretanja teleskopa uznemirava površinu. Uz to, kao i drugi teleskopi sa Zemlje, LMT su podložni apsorpciji i izobličenju atmosfere, što u velikoj mjeri smanjuje domet i osjetljivost infracrvenog promatranja. No, mjesec bez atmosfere, kaže Angel, pruža savršeno mjesto za ovu vrstu teleskopa, istovremeno opskrbljujući gravitaciju potrebnom za formiranje paraboličnog zrcala.
Potencijal LMT-a na Mjesecu je napraviti vrlo veliki teleskop. Za referencu, svemirski teleskop Hubble ima ogledalo veličine 2,4 metra, a James Webb svemirski teleskop (JWST) koji je razvijen za lansiranje 2011. godine imat će ogledalo od 6 metara. Koncept za Anđelov NIAC prijedlog je ogledalo od 20 metara, ali s dosadašnjim istraživanjima tim ljudi sada pokušava stvoriti vrlo velika ogledala, pri čemu je 100 metara velika opcija. Oni razmatraju i manje LMT-ove. "Očito ne možemo otići na Mjesec i napraviti prvo ogledalo od 100 metara", rekao je Angel. "Gledamo redoslijed veličina 2 metra, 20 metara i 100 metara i gledamo koji je potencijal za svaki." Angel vjeruje da bi se 2-metarski teleskop mogao izraditi bez ljudske prisutnosti na Mjesecu i postaviti kao robotski teleskop, baš kao što znanstveni instrumenti na Marsovim roverima sada rade.
Ograničenje tekućeg zrcala je što usmjerava samo prema gore, tako da nije poput standardnog teleskopa koji se može usmjeriti u bilo kojem smjeru i pratiti predmete na nebu. Gleda samo područje neba koje je izravno iznad.
Dakle, znanstveni cilj LMT-a je ne gledati preko cijelog neba, već zauzeti jedno područje prostora i intenzivno ga promatrati. Ova vrsta astronomije bila je vrlo „profitabilna“, kako ju je opisao Angel, s obzirom na bogatstvo prikupljenih podataka. Neke od najproduktivnijih znanstvenih napora iz svemirskog teleskopa Hubble bile su njegove fotografije „Duboko polje“.
Da bi u svakom trenutku mogao pogledati samo jedno područje prostora, Angel i njegov tim traže jedan od lunarnih stupova za najbolju lokaciju ovog teleskopa. Kao i na Zemljim polovima, gledanje ravno s polova na mjesecu uvijek pruža isto ekstragalaktičko vidno polje. "Ako idemo na Sjeverni ili Južni pol Mjeseca, stalno ćemo slikati jednu mrlju neba, i to vam omogućava da napravite izuzetno duboku integraciju, puno dublju čak i od dubokog polja Hubblea." Kombinirajte to s velikim otvorima, a ovaj bi teleskop pružio dubinu promatranja koja bi bila neusporediva s bilo kojim teleskopom na Zemlji ili u svemiru. "To je niša ili posebna snaga ovog teleskopa", rekao je Angel.
Druga suprotnost tekućim zrcalima je ta što su oni vrlo jeftini u usporedbi s postupkom izrade standardnog zrcala stvaranjem, poliranjem i testiranjem velikog, tvrdog komada stakla ili stvaranjem manjih komada koji se moraju polirati, testirati, a zatim vrlo dobro spojiti. točno. Također, LMT-i ne trebaju skupe nosače, potpornje, sustave za praćenje ili kupolu.
"Očekuje se da će ukupni trošak James Webb teleskopa premašiti milijardu dolara, a cijena na ogledalu samo oko četvrt milijuna dolara", rekao je Angel. „To ogledalo je 6 metara, tako da ako tu tehnologiju svrstavamo u još veća zrcala u prostoru, na kraju ćemo slomiti banku, a sadašnjom tehnologijom izrade poliranog zrcala nećemo ih moći priuštiti. ustajanje u svemiru. "
Iako bi teleskop s dva metra bio prototip, i dalje bi bio astronomski vrijedan. "Mogli bismo učiniti stvari koje su pohvalne za Spitzerov svemirski teleskop i Webb teleskop, jer bi dvosmjerni teleskop na Mjesecu ispunio teritorij između ta dva teleskopa." Zrcalo od 20 metara pružalo bi razlučivost 3 puta veću od JWST-a, integrirajući ili ostavljajući "zatvarač" otvorenim na duži period, poput godine, mogu se vidjeti predmeti 100 puta slabije izraženi. Zrcalo od 100 metara pružalo bi podatke koji su izvan ljestvice.
Jedan od izazova u razvoju LMT-a na Mjesecu je stvaranje ležajeva kako bi se podloga glatko i konstantnom brzinom kretala. Zračni ležajevi koriste se za LMT na Zemlji, ali bez zraka na Mjesecu to je nemoguće. Angel i njegov tim promatraju kriogene ležeće ležajeve, slično onome što se koristi u vlakovima za magnetsku levitaciju kako bi dobili magnetsko polje bez trenja. Angel je dodao: "Kao bonus, s niskim temperaturama na Mjesecu to možete učiniti bez trošenja energije jer možete napraviti superprevodni magnet koji vam omogućuje da napravite levitacijski ležaj koji ne zahtijeva kontinuirani unos električne energije. ”
Angel je ležajeve nazvala kritičnom sastavnicom teleskopa. "Ako na Mjesecu nema zraka za stvaranje vjetra, nema ograničenja veličine ili dostizanja preciznosti koja vam je potrebna dok je ležaj u redu", rekao je Angel.
Jedna od evolucija projekta od primanja NIAC sredstava je lokacija teleskopa. U početnom prijedlogu, Anđelov tim favorizirao je južni pol mjeseca u krateru Shackleton. No, sjeverni pol zapravo nudi bolje vidno polje za ekstragalaktičko promatranje, shvatili su, i Angel čeka podatke s lunarnog orbitera SMART-1 Europske svemirske agencije koji je nedavno započeo istraživanje polarnih područja Mjeseca.
"U polarnim krajevima postoje neki krateri u kojima sunce nikada ne svijetli i nikada ne grije zemlju", rekao je Angel. "Tamo je izuzetno hladno, a ne previše iznad apsolutne nule. Umjesto da izgradimo teleskop u takvim neprijateljskim uvjetima, mi bismo pokušali izgraditi teleskop na vrhu bilo kojeg od stupova, gdje bi bilo sunca gotovo neprekidno. To bi osiguralo solarnu energiju, a uvjeti bi bili bolji za ljude koji tamo žive. Sve što trebate učiniti je staviti cilindrični Mylar ekran oko teleskopa kako biste spriječili da ga sunce ikad zabije i ono će se ohladiti baš kao u dnu kratera. "
Uz infracrveno promatranje, hladni je teleskop ključan da biste mogli vidjeti hladnije i slabije predmete u prostoru. Idealno je imati teleskop na apsolutnoj nuli (0 stupnjeva Kelvina, -273 C, -460 F). Budući da će se živa smrznuti na tim temperaturama, drugi je izazov za projekt pronalazak prave tekućine koja će se vrtjeti za ogledalo. Neki od kandidata su etan, metan i drugi mali ugljikovodici, poput tekućina koje je na Titanu pronašla sonda Huygens koja je 14. siječnja sletjela na najveći Saturnov mjesec.
"Ali te tekućine nisu sjajne, pa morate smisliti kako naslagati sjajni metal poput aluminija izravno na površinu tekućine", rekao je Angel. "Obično kada napravimo astronomski teleskop izrađujemo ogledala iz stakla, koje se ne odražavaju previše, i tada isparavate aluminij ili srebro na staklo. Na mjesecu bismo morali ispariti metal na tekućinu, a ne na staklo. "
To je jedno od ključnih područja istraživanja koje dodjeljuje NIAC. U početnim studijama Anđelov tim uspio je ispariti metal na tekućinu, ali još uvijek ne na potrebnim hladnim temperaturama. No, ohrabruju ih dosadašnji rezultati.
Anđelov tim nije atipičan za NIAC projekt, jer je to međunarodna suradnja, a NIAC ne financira međunarodne partnere. "Dešava se da su svjetski stručnjaci za izradu teleskopa s tekućim zrcalom svi u Kanadi, pa je bilo od presudne važnosti da ako razmišljamo o tome na Mjesecu da ih unesemo", rekao je Angel. "Srećom, oni su došli na svoju kartu, da tako kažem, i oduševljeni su projektom."
Kanadski članovi tima su Emanno Borra, sa Sveučilišta Laval u Quebecu, koji je istraživao i gradio LMT-ove od početka 1980-ih, i Paul Hickson, sa Sveučilišta British Columbia, koji je uz Borra-ovu pomoć sagradio 6-metarski LMT u Vancouver. Ostali suradnici uključuju Ki Ma sa Sveučilišta u Teksasu u Houstonu koji je stručnjak za kriogene ležajeve, Warren Davison sa Sveučilišta u Arizoni koji je stručnjak za strojarski inženjering u teleskopima i student poslijediplomskog studija Suresh Sivanandam.
NIAC je stvoren 1998. godine da bi prikupljao revolucionarne koncepte od ljudi i organizacija izvan svemirske agencije koji bi mogli unaprijediti NASA-ine misije. Pobjednički koncepti su izabrani jer "guraju granice poznate znanosti i tehnologije" i "pokazuju relevantnost za NASA-ino misiju", navode iz NASA-e. Očekuje se da će razviti ove koncepte najmanje desetljeće.
Angel kaže da je primanje nagrade NIAC odlična prilika. "Bez sumnje ćemo napisati prijedlog za fazu II (o NIAC financiranju)", rekao je. „U fazi prve faze prepoznali smo koja su najvažnija pitanja u ovom projektu i koje praktične korake trebamo poduzeti sada. Otvorili smo nekoliko pitanja i možemo napraviti neke jednostavne testove da vidimo ima li čepova ili ne. "
Najveća prepreka u stvaranju Lunarnog infracrvenog opservatorija je, najvjerojatnije, potpuno izvan Angelovih ruku. "Mjesec je vrlo zanimljivo mjesto za bavljenje znanošću", rekao je Angel. "Međutim, pretpostavljalo je da će NASA znatno obvezati resurse za povratak na Mjesec." Svakako da bi za izgradnju velikih 20 ili 100 metara teleskopa trebalo biti prisutno osoblje na Mjesecu. "Dakle," nastavio je Angel, "tako da se kucanjem nauke u tom smjeru pretvorite u rep vrlo velikog psa nad kojim nemate apsolutno nikakvu kontrolu"?
Angel se nada da će NASA i Sjedinjene Države moći održati zamah Vizije za istraživanje svemira i vratiti se na Mjesec. "Mislim da je naposljetku to što ljudi kreću u svemir nešto što moraju učiniti i nekad će učiniti", rekao je Angel. "Kad se to dogodi, važno je učiniti zanimljive stvari koje ćemo učiniti kada stignemo tamo. Moramo znati zašto smo ostavili površinu ovog planeta da bismo otišli na Mjesec. Da, mi istražujemo, ali možemo istražiti ne samo mjesec, već ga koristiti kao mjesto za znanstvena istraživanja izvan mjeseca. Mislim da bi to u širokoj slici trebalo da se dogodi. "
Nancy Atkinson je slobodna spisateljica i ambasadorica NASA-e za Sunčev sustav. Živi u Illinoisu.
