Pildikrediit: Arizona ülikool
Enam kui 30 aastat tagasi jõudis dr Roger Angel Arizona ülikooli, et tõmmata esile soodsad tingimused astronoomiliseks vaatlemiseks Tucsonis Arizona piirkonnas: läheduses on mitu teleskoopi ja muidugi on ilm imeliselt paras. Kuid nüüd soovitab Angel ehitada teleskoobi mõnevõrra kaugemasse kohta ja mitte päris nii paljandisse: kuule polaarkraater.
Angel, mis on tuntud oma uuenduste osas kergete teleskoobipeeglite ja adaptiivse optika osas, juhib Angel nüüd USA ja Kanada teadlaste meeskonda, kes uurivad sügava väljaga infrapunavaatluskeskuse rajamise teostatavust ühe kuu pooluse lähedusse vedelpeegliteleskoobi (LMT) abil. ).
See kontseptsioon on üks 12 ettepanekust, mida hakati rahastama eelmise aasta oktoobris NASA täiustatud kontseptsioonide instituudilt (NIAC). Kumbki saab kuuekuulise uurimistöö eest 75 000 dollarit, et teha esmased uuringud ja tuvastada arenguprobleemid. Esimese etapi läbinud projektid saavad kahe aasta jooksul toetust kuni 400 000 dollarit.
LMT-d valmistatakse, keerates peegeldavat vedelikku, tavaliselt elavhõbedat, kausikujulisele platvormile, moodustades paraboolse pinna, mis sobib suurepäraselt astronoomilise optikaga. Isaac Newton pakkus teooria algselt välja, kuid sellise seadme tegeliku eduka loomise tehnoloogia on alles hiljuti välja töötatud. Täna on kasutusel vaid käputäis LMT-sid, sealhulgas 6-meetrine LMT Kanadas Vancouveris ja 3-meetrine versioon, mida NASA kasutab Orbitali prahi vaatluskeskuses New Mexico.
Maal on LMT-de läbimõõt piiratud umbes 6 meetrini, kuna teleskoobi keerutamisest tekkiv isetehtud tuul häirib pinda. Lisaks mõjutavad LMT-d sarnaselt teistele maapinnal asuvate teleskoopidega atmosfääri neeldumist ja moonutusi, vähendades oluliselt infrapunavaatluse ulatust ja tundlikkust. Kuid atmosfäärivaba kuu, Angeli sõnul, pakub seda tüüpi teleskoopide jaoks ideaalset asukohta, pakkudes samal ajal parabooli peegli moodustamiseks vajalikku gravitatsiooni.
LMT potentsiaal Kuul on väga suure teleskoobi valmistamine. Hubble'i kosmoseteleskoobil on 2,4-meetrine peegel ja James Webbi kosmoseteleskoobil (JWST), mis töötatakse välja 2011. aastal, on 6-meetrine peegel. Angeli NIAC ettepaneku idee on 20-meetrine peegel, kuid meeskonna senise uurimistööga otsivad nad nüüd väga suurte peeglite loomist, 100-meetrine on suur ots. Nad kaaluvad ka väiksemaid LMT-sid. "Ilmselt ei saa me kuule minna ja kõigepealt teha 100-meetrine peegel," sõnas Angel. "Me vaatame skaalajaotuse suurust 2 meetrit, 20 meetrit ja 100 meetrit ning uurime, milline on nende potentsiaal." Angel usub, et 2-meetrine teleskoop võiks olla tehtud ilma inimel Kuul viibimata, ning see võiks olla robotteleskoobiks üles seatud, sarnaselt praegu Marsi roverite peal töötavate teadusinstrumentidega.
Vedela peegli piirang on see, et see osutab ainult otse üles, nii et see pole nagu tavaline teleskoop, mida saab suunata ükskõik millises suunas ja jälgida taeva objekte. See vaatab ainult otse taevalaotust.
Niisiis, LMT teaduslik eesmärk on mitte vaadata üle kogu taeva, vaid võtta üks ruumi ala ja vaadata seda intensiivselt. Seda tüüpi astronoomia on olnud väga kasumlik, nagu Angel seda kirjeldas, kogutud teabe rikkalikkuse osas. Hubble'i kosmoseteleskoobi kõige produktiivsemad teadusuuringud on olnud selle fotod sügava välja kohta.
Et alati oleks võimalik vaadata ainult ühte kosmoseala, paneb Angel ja tema meeskond otsima ühele kuu poolusele selle teleskoobi jaoks parima asukoha. Nagu Maa poolustel, pakub Kuu poolustest otse ülespoole vaatamine alati sama ekstragalaktilist vaatevälja. "Kui me läheme kuu põhja- või lõunapoolusele, siis pildistame kogu aeg ühte taevalaiku ja see võimaldab teil teha äärmiselt sügava integratsiooni, isegi sügavamale kui Hubble'i sügavväli." Kombineerige see suure avaga ja see teleskoop annaks vaatlussügavuse, mis oleks võrreldav ühegi teleskoobiga Maal või kosmoses. "See on selle teleskoobi nišš või eriline tugevus," ütles Angel.
Veel üks vedelate peeglite varjukülg on see, et need on väga soodsad võrreldes tavalise peegli valmistamise protsessiga, luues, poleerides ja katsetades suurt jäika klaasitükki või luues väiksemaid tükke, mida tuleb lihvida, katsetada ja seejärel omavahel väga kokku ühendada. täpselt. Samuti ei vaja LMT-d kalleid aluseid, toesid, jälgimissüsteeme ega kupli.
"James Webbi teleskoobi kogumaksumus peaks ületama miljard dollarit, ainuüksi peegli hinnasilt on umbes veerand miljonit dollarit," ütles Angel. "See peegel on 6 meetrit, nii et kui me laiendame seda tehnoloogiat veelgi suuremateks peegliteks kosmoses, hakkame lõpuks panka lõhkuma ja me ei saaks neid praeguse poleeritud peegli ja kosmose üles saamine. ”
Ehkki 2-meetrine teleskoop oleks prototüüp, oleks see siiski astronoomiliselt väärtuslik. "Me saaksime teha asju, mis on Spitzeri kosmoseteleskoobi ja Webbi teleskoobi jaoks tasuta, kuna Kuu 2-meetrine teleskoop täidaks territooriumi nende kahe teleskoobi vahel." 20-meetrine peegel tagaks eraldusvõime 3 korda suurema kui JWST ja integreerides või jättes katiku pikaks ajaks, näiteks aastaks, saaks objekte vaadata 100 korda õhemaid. 100-meetrine peegel annaks diagrammideta andmeid.
Üks väljakutseid LMT arendamisel Kuul on laagrite loomine platvormi sujuvaks ja ühtlase kiirusega keerutamiseks. Õhulaagreid kasutatakse Maapinnal asuvate LMT-de jaoks, kuid kui Kuul pole õhku, on see võimatu. Angel ja tema meeskond vaatavad krüogeenseid levitatsioonlaagreid, sarnaselt sellele, mida kasutatakse magnetilise levitatsioonirongide jaoks, et saada magnetvälja abil hõõrdetud liikumine. Angel lisas: „Boonusena võib Kuu madala temperatuuri korral seda teha ilma energiat kulutamata, kuna saate teha ülijuhtiva magneti, mis võimaldab teil teha levitatsioonilaagri, mis ei vaja pidevat elektrienergia sisendit. ”
Angel nimetas laagrid teleskoobi kriitiliseks komponendiks. "Kuna Kuul ei ole tuult tekitavat õhku, pole vaja suurust ega vajaliku täpsuse saavutamist, kui laager on korras," sõnas Angel.
Projekti üks areng pärast NIAC rahastuse saamist on teleskoobi asukoht. Esialgses ettepanekus soosis Angeli meeskond kuu lõunapoolust Shackletoni kraatris. Kuid põhjapoolus pakub tegelikult galaktikavälise vaatluse jaoks paremat vaatevälja, mõistsid nad ja Angel ootab andmeid Euroopa Kosmoseagentuuri kuu orbiidilt SMART-1, mis hiljuti hakkas uurima Kuu polaaralasid.
“Polaarpiirkondades on mõned kraatrid, kus päike kunagi ei paista ega soojenda kunagi maad,” ütles Angel. „Seal on äärmiselt külm, mitte liiga kaugel üle absoluutse nulli. Selle asemel, et teleskoopi ehitada sellistes vaenulikes tingimustes, prooviksime teleskoobi ehitada kummagi pooluse tipule, kus oleks peaaegu pidevalt päikest. See annaks päikeseenergia ja tingimused oleksid seal elavatele inimestele paremad. Kõik, mida peate tegema, on asetada teleskoobi ümber silindriline Mylari ekraan, et päike seda kunagi ei lööks ja see jahtuks välja nagu kraatrite põhjas. ”
Infrapunavaatlusega on külm teleskoop ülioluline, et näha ruumis külmemaid ja õhemaid objekte. Ideaalne oleks, kui teleskoop oleks absoluutse nulli lähedal (0 kraadi Kelvini, -273 ° C, -460 F). Kuna elavhõbe külmub nendel temperatuuridel, on projekti teine väljakutse peegli jaoks keerutamiseks sobiva vedeliku leidmine. Mõned kandidaadid on etaan, metaan ja muud väikesed süsivesinikud, näiteks vedelikud, mis leiti Titanilt Huygensi sondilt, mis maandus Saturni suurimal kuul 14. jaanuaril.
"Kuid need vedelikud pole läikivad, nii et peate välja mõtlema, kuidas asetada läikiv metall nagu alumiinium otse vedeliku pinnale," ütles Angel. „Tavaliselt teeme astronoomilise teleskoobi valmistamisel peeglid klaasist, mis ei peegelda väga palju, ja siis aurustad klaasile alumiiniumi või hõbeda. Kuul peaksime metalli aurustama mitte vedelikule, vaid vedelikule. ”
See on üks NIAC auhinnaga seotud teadusuuringute võtmevaldkondi. Esialgsetes uuringutes on Angeli meeskond suutnud metalli vedelikust aurutada, ehkki mitte veel nõutaval külmal temperatuuril. Neid innustavad aga senised tulemused.
Angeli meeskond on NIAC projekti jaoks ebatüüpiline, kuna see on rahvusvaheline koostöö ja NIAC ei rahasta rahvusvahelisi partnereid. "Juhtub nii, et vedelpeeglite pöörlevate teleskoopide tootmiseks mõeldud maailma asjatundjad on kõik Kanadas, nii et see oli omamoodi hädavajalik, kui me mõtleme seda teha Kuul, siis toome nad sinna," sõnas Angel. "Õnneks on nad tulnud sisse oma piletiga, niiöelda, ja on projektist vaimustuses."
Kanada meeskonna liikmed on Emanno Borra Quebeci Lavali ülikoolist, kes on LMT-sid uurinud ja ehitanud alates 1980ndate algusest, ja Paul Hickson Briti Columbia ülikoolist, kes Borra abiga ehitas 6-meetrise LMT Vancouver. Teiste kaastöötajate hulka kuuluvad Ki Maini Texase ülikooli Houstonist, kes on krüogeensete laagrite ekspert, Warren Davison Arizona ülikoolist, kes on teleskoopide masinaehituse ekspert, ja kraadiõppur Suresh Sivanandam.
NIAC loodi 1998. aastal, et taotleda kosmoseagentuurist väljaspool asuvatelt inimestelt ja organisatsioonidelt revolutsioonilisi ideid, mis võiksid NASA missioone edendada. Võidukontseptsioonid valitakse seetõttu, et need "tõukavad teada oleva teaduse ja tehnoloogia piire" ja "näitavad NASA sõnul olulisust NASA missioonile". Eeldatakse, et nende kontseptsioonide väljatöötamiseks kulub vähemalt kümmekond aastat.
Angel ütleb, et NIAC auhinna saamine on suurepärane võimalus. "Kahtlemata kirjutame ettepaneku II etapiks (NIAC rahastamine)," ütles ta. „Oleme I etapis tuvastanud, millised on selle projekti kõige kriitilisemad probleemid ja milliseid praktilisi samme peaksime nüüd võtma. Oleme avanud mõned küsimused ja seal on mõned lihtsad testid, mida saame teha, et näha, kas näitusekorgid on olemas või mitte. "
Lunari infrapunavaatluskeskuse reaalsuseks muutmise suurim takistus on tõenäoliselt täielikult Ingli kätest väljas. "Kuu on väga huvitav koht teaduse tegemiseks," ütles Angel. "Kuid see eeldab NASA olulist ressursside eraldamist Kuule naasmiseks." Kindlasti peaks suurte, 20 või 100-meetriste teleskoopide ehitamiseks olema Kuul mehitatud kohalolek. "Nii," jätkas Angel, "haarates oma teaduse selles suunas, saab sinust väga suure koera saba, kelle üle sul absoluutselt mingit kontrolli pole"?
Angel loodab, et NASA ja USA suudavad kosmoseuuringute visiooni hoogu säilitada ja Kuule naasta. "Ma arvan, et lõppkokkuvõttes on kosmosesse kolimine midagi sellist, mida inimestel on tung teha ja millalgi teha," sõnas Angel. „Kui see juhtub, on oluline, et pärast sinna jõudmist oleks huvitavaid asju teha. Peame teadma, miks lahkusime selle planeedi pinnalt Kuule minekuks. Uurime jah, kuid saame uurida mitte ainult Kuud, vaid kasutada seda ka teadusuuringute kohana väljaspool Kuud. Ma arvan, et see peaks midagi sellist juhtuma, mis suures pildis peaks toimuma. ”
Nancy Atkinson on vabakutseline kirjanik ja NASA päikesesüsteemi suursaadik. Ta elab Illinoisis.
