Почему нельзя построить космический телескоп прямо на Луне?

Если вы хотите получить самые девственные, самые чистые снимки нашей Вселенной, лучше всего будет покинуть Землю. Здесь, на нашей планете, можно найти целую кучу всевозможных эффектов, которые мешают нашим возможностям визуализации. Световое загрязнение ограничивать дальность нашего зрения; атмосфера вредит нашей разрешающей способности и нашей способности видеть четко; облака и погода мешают нам собирать свет; Солнце и Земля сами блокируют огромную часть нашего поля зрения из любой точки на Земле.

И все же обсерватории вроде Хаббла, Чандры, Ферми, Спитцера и других продемонстрировали, насколько эффективными могут быть космические телескопы. Виды и данные, которые они вернули на Землю, научили нас намного большим вещам, чем могли бы научить подобные наблюдения, проведенные на Земле. Почему бы не разместить тогда телескоп на Луне? Хотите верьте, хотите нет, но это ужасная идея. У нее есть только один положительный момент. И вот почему.

Телескоп на Луне: разве это плохо?

Луна, на первый взгляд, может показаться идеальным местом для размещения телескопа. На ней практически нет атмосферы, что устраняет любые опасения загрязнения светом. Она находится далеко от Земли, что должно значительно уменьшить помехи от любых сигналов, производимых людьми. Сверхдлинные ночи также означают, что вы можете наблюдать одну и ту же цель непрерывно на протяжении 14 дней без перерывов. И поскольку у вас есть прочная почва, вам не нужны гироскопы или колеса для наведения. Казалось бы, все круто.

Но когда вы начинаете раздумывать о том, как Луна вращается вокруг Земли, о системе Луна-Земля целиком, которые вращаются вокруг Солнца, вы начинаете понимать некоторые проблемы, с которыми неизбежно сталкивается вся эта идея.

Во-первых, если вы поместите свой телескоп на Луне, какую сторону вы выберете: ближнюю или дальнюю? У каждой из них есть свои недостатки.

Если вы разместите свой телескоп на ближней (обращенной к Земле) стороне Луны, вы всегда будете видеть Землю. Это значит, что вы сможете отправлять и получать сигналы, управлять своим телескопом и загружать данные практически без задержек, и единственным ограничением будет скорость света. Но из этого также следует, что помехи от Земли, такие как сигналы радиовещания, всегда будут проблемой, с которой вам придется считаться.

С другой стороны, если вы находитесь на дальней стороне Луны, вы достаточно эффективно защищаете себя от всего, что исходит от Земли, но у вас также нет прямого пути передачи данных или поддержания сигнала связи. Придется устанавливать дополнительный механизм, орбитальный аппарат или проводить связь на ближнюю сторону, чтобы управлять телескопом.

В любом случае, у вас будет множество проблем, с которыми придется бороться и которых обыкновенно нет в бездне межпланетного пространства. Две крупнейшие:

Лунотрясения. Думаете, это Луна руководит приливами на Земле? Приливные силы, которые Земля оказывает на Луну в 20 раз сильнее приливных сил, которые Луна оказывает на Землю. Их достаточно, чтобы провоцировать на спутнике нехилые лунотрясения.

Разница температур. Из-за приливного блокирования Луны Землей и ее чрезвычайно медленного вращения, она купается в солнечном свете практически постоянно в течение 14 дней, а затем окунается в полную темноту на 14 дней. Дневные температуры могут достигать более 100 градусов Цельсия, а ночью Луна остывает до -173 градусов.

В то время как космический телескоп может контролировать свою температуру посредством активного или пассивного охлаждения (или комбинации обоих), телескоп должен остывать ниже температуры тех длин волн, которые он пытается наблюдать, или шум будет закрывать предполагаемый сигнал. Это было бы огромным недостатком для ультрафиолетовой, оптической или инфракрасной астрономии, если бы хоть одну из них пытались бы развивать на Луне.

Проектирование телескопа, который может выдержать эти экстремальные температуры и при этом работать, очень сложная задача. Неудивительно, что единственным телескопом на Луне, который у нас есть, является ультрафиолетовый телескоп на ближней стороне путника, который работает на длинах волн, на которых атмосфера Земли поглощает почти весь свет.

Для большинства применений отправка в космос будет лучшим вариантом, чем Луна. Лунная поверхность, если судить по экстремальным температурам и трудностям коммуникации с Землей, предлагает больше недостатков, чем наличие поверхности, на которой можно строить или делать что-то еще.

Но есть одно очень специфическое применение, которое предлагает Луна: радиотелескопы. Земля — невероятно «радиогромкий» источник, по природным и человеческим причинам. Даже в космосе сигналы, которые исходят с Земли, пронизывают всю Солнечную систему. Но Луна обеспечивает потрясающий иммунитет к радиосигналам Земли: дальняя сторона спутника буквально использует все лунное тело как щит.

В начале этого года космолог Джо Силк писал следующее:

«Дальняя сторона Луны — лучшее место во внутренней Солнечной системе для мониторинга низкочастотных радиоволн — единственных волн, способных обнаружить слабые следы, оставленные Большим Взрывом в космосе. Наземные радиотелескопы встречают слишком большое количество помех от электромагнитного загрязнения, вызванного человеческой активностью, такого как морская связь и коротковолновое вещание, чтобы получить четкий сигнал, а ионосфера Земли блокирует самые длинные волны».

Мы могли бы обнаружить сигналы инфляции, первых этапов Большого Взрыва, и формирования первых звезд во Вселенной при помощи лунного радиотелескопа. Хотя есть надежда сделать это на Земле или в космосе, лунная дальняя поверхность предлагает больше чувствительности, потому что защищена от Земли экраном, чем любой другой вариант.

В настоящее время, когда любой космический аппарат заходит за Луну, если смотреть с Земли, он попадает в радио-блэкаут. Тот факт, что радиоволны не могут проходить через Луну, означает, что никакие сигналы нельзя отправить туда или получить в течение этого периода времени. Орбитальные спутники, любые дальние станции или роверы и даже астронавты «Аполлона» теряют возможность общаться с Землей.

Но это также означает, что они защищены от всех видов загрязняющих радиосигналов, которые рождаются на Земле. GPS-связь, микроволновые печи, радиолокационные, сотовые и Wi-Fi-сигналы, и даже цифровые камеры относятся к числу многих наземных источников, загрязняющих радиообсерватории. Но на дальней стороны Луны все источники помех на 100% блокируются. Это самая чистая среда для радиоастрономии, которую только можно представить.

Доктор Джиллион Скаддер также отмечает, что у этой идеи есть свои недостатки. Для передачи данных требуется нечто вроде орбитального устройства, которое сможет связываться как с Землей, так и с телескопом. Телескоп или массив радиотелескопов должны быть построены и развернуты на Луне и связаны вместе, если говорит о массиве (а этот вариант предпочтительнее). В качестве альтернативы можно было бы провести кабели к ближней стороне для передачи данных на Землю.

И самой большой проблемой будет стоимость. Транспортировка материала на Луну, высадка на лунную поверхность, развертывание и многое другое — колоссальная работа. Даже самое скромное предложение, Лунный массив для радиокосмологии (LARC), состоит из более сотни антенн с простым дизайном, распределенных в двухкилометровом диапазоне. Проект обойдется в 1 миллиард долларов и станет самым дорогим радиомассивом в истории Земли, если будет построен.

Практически любое здравое предложение в области астрономии подразумевает, что космос намного лучше лунной поверхности для размещения телескопа. Перепады температур происходят во всех точках Луны. Только радиоастрономы могли бы получить преимущество, разместив телескоп на дальней стороне Луны, но эта возможность обошлась бы в большую копеечку.

Пока мы не найдем способ скостить расходы или не придумаем нечто получше, крайне маловероятно, что мы когда-нибудь увидим лунный телескоп, превосходящий другие варианты. Вселенная никуда не денется, она ждет, когда мы раскроем ее секреты.

А вы задумывались о том, почему мы не строим телескопы на Луне? Расскажите в нашем чате в Телеграме.

Источник