Это великая цель энтузиастов науки во всем мире. Это также ужасная идея.
Если вы хотите сделать самые нетронутые, незагрязненные снимки Вселенной, лучше всего оставить Землю позади. Здесь, на нашей планете, есть всевозможные эффекты, которые мешают нашим возможностям воображения. Световое загрязнение ограничивает глубину нашего зрения; атмосфера вредит нашей разрешающей способности и нашей способности ясно наблюдать; облака и погода мешают нашим целям сбора света; Солнце и сама Земля закрывают нам обзор больших участков неба со всех земных точек.
Тем не менее обсерватории, такие как Хаббл, Чандра, Ферми, Спитцер и другие, продемонстрировали, насколько эффективным может быть космический телескоп. Виды и данные, которые они вернули на Землю, научили нас большему, чем любая подобная обсерватория могла бы открыть с земли. Так почему бы тогда не поставить телескоп на Луну? Хотите верьте, хотите нет, но это ужасная идея во всех смыслах, кроме одного. Вот почему.
Луна, на первый взгляд, кажется идеальным местом для телескопа. Атмосферы практически нет, что снимает все проблемы светового загрязнения. Он находится далеко от Земли, что должно значительно уменьшить помехи от любых сигналов, производимых людьми. Сверхдлинные ночи означают, что вы можете непрерывно наблюдать за одной и той же целью в течение 14 дней без перерыва. А поскольку у вас есть твердая почва, на которую можно опереться, вам не нужно полагаться на гироскопы или реактивные колеса для наведения. Похоже, это действительно хорошая сделка.
Но если вы начнете думать о том, как Луна вращается вокруг Земли, а вся система Луна-Земля вращается вокруг Солнца, вы можете начать осознавать некоторые проблемы, с которыми неизбежно столкнется подобная установка..
Во-первых, если вы поместите свой телескоп на Луну, какую сторону вы выберете: ближнюю или дальнюю? У любого из них есть недостатки.
Если вы разместите свой телескоп на ближней (обращенной к Земле) стороне Луны, вы всегда будете видеть Землю. Это означает, что вы можете отправлять и получать сигналы, управлять своим телескопом и загружать-выгружать данные практически в режиме реального времени, при этом вас ограничивает только время светового пути сигналов в космосе. Но это также означает, что создаваемые Землей помехи, такие как сигналы радиовещания, всегда будут проблемой, от которой вам нужно защищаться.
С другой стороны, если вы находитесь на обратной стороне Луны, вы достаточно эффективно защищаете себя от всего, что исходит с Земли, но у вас также нет прямого пути для передачи данных или передачи сигнала. Потребовался бы дополнительный механизм, например, лунный орбитальный аппарат или связь с передатчиком/приемником на ближней стороне, просто чтобы управлять им.
В любом случае у вас будет множество проблем, с которыми вы не столкнетесь, просто отправившись в одинокую бездну межпланетного пространства. Два самых больших:
- Лунотрясения. Вы думаете, что Луна имеет большое значение, потому что она отвечает за земные приливы? Приливные силы, которые Земля оказывает на Луну, более чем в 20 раз превышают приливные силы Луны на Земле, и этого достаточно, чтобы вызвать на Луне сильные лунотрясения.
- Крайние температуры. Из-за приливной связи Луны с Землей и ее чрезвычайно медленного вращения она постоянно купается в солнечном свете в течение 14 дней, после чего следует 14 дней полной темноты. Дневная температура может достигать более 200 °F (почти 100 °C), а ночью опускается до -280 °F (-173 °C).
В то время как космический телескоп может контролировать свою температуру с помощью активного или пассивного охлаждения (или их комбинации), телескоп должен охлаждаться ниже температуры длин волн, которые он пытается наблюдать, или шума. заглушит ваш предполагаемый сигнал. Это было бы огромным недостатком для ультрафиолетовой, оптической или инфракрасной астрономии, все из которых имели бы серьезные проблемы на Луне для чего-либо, кроме цели наблюдения Земли (или Солнца).
Создание телескопа, способного выдержать экстремальные температуры и при этом функционировать оптимально, - непростая задача. Неудивительно, что единственный лунный телескоп, который у нас есть в настоящее время, - это УФ-телескоп на ближней стороне Луны, на длинах волн, при которых атмосфера Земли поглощает почти весь свет.
Для большинства приложений полет в космос будет лучшим вариантом, чем полет на Луну. Лунная поверхность, с точки зрения экстремальных температур и трудностей со связью с Землей, предлагает больше недостатков, чем наличие поверхности, на которую можно опираться / опираться на предложения.
Но есть одно очень специфическое применение, которое Луна предлагает беспрецедентное преимущество перед любой другой средой: радиотелескопы. Земля является невероятно «радиогромким» источником как по естественным, так и по антропогенным причинам. Даже в космосе сигналы, исходящие от Земли, распространяются по всей Солнечной системе. Но Луна обеспечивает потрясающую среду для невосприимчивости к радиосигналам Земли: обратная сторона буквально использует саму Луну как щит.
Как писал ранее в этом году космолог Джо Силк:
Обратная сторона Луны - лучшее место во внутренней части Солнечной системы для наблюдения за низкочастотными радиоволнами - единственный способ обнаружить слабые «отпечатки пальцев», оставленные Большим взрывом в космосе. Наземные радиотелескопы сталкиваются со слишком сильными помехами от электромагнитного загрязнения, вызванного человеческой деятельностью, такой как морская связь и коротковолновое вещание, чтобы получить четкий сигнал, а ионосфера Земли в первую очередь блокирует самые длинные волны от достижения этих телескопов.
С помощью лунного радиотелескопа мы смогли обнаружить сигналы инфляции, ранние стадии Большого взрыва и образование самых первых звезд во Вселенной. Хотя есть надежда сделать это либо на Земле, либо в космосе, обратная сторона Луны предлагает большую чувствительность из-за того, что она защищена от Земли, чем любой другой вариант.
В настоящее время всякий раз, когда какой-либо космический корабль движется за Луной, если смотреть с точки зрения Земли, это вызывает то, что мы называем отключением радиосвязи. Тот факт, что радиоволны не могут проходить через Луну, означает, что никакие сигналы не могут быть отправлены или получены в течение этого периода времени. Орбитальные спутники, любые дальние станции или вездеходы и даже астронавты Аполлона не имеют средств связи с Землей, когда на пути находится Луна.
Но это также означает, что они были защищены от всех видов загрязняющих радиосигналов, которые происходят на Земле. GPS-связь, микроволновые печи, радары, сигналы сотовых телефонов и Wi-Fi и даже цифровые камеры входят в число многих наземных источников, загрязняющих радиообсерватории. Но на обратной стороне Луны все источники помех человечества заблокированы на 100%. Это самая нетронутая среда для радиоастрономии, о которой мы только могли мечтать.
Как однажды заметила д-р Джиллиан Скаддер, есть и недостатки. Для передачи данных требуется что-то вроде орбитального аппарата, который может связываться как с Землей, так и с телескопом. Телескоп или группа радиотелескопов должны быть построены и развернуты на Луне и соединены вместе, если мы пойдем по маршруту группы. (Что гораздо предпочтительнее.) В качестве альтернативы, кабели могут быть протянуты к ближней стороне для передачи обратно на Землю.
Но, возможно, самым большим препятствием является стоимость. Транспортировка материалов на Луну, посадка на лунную поверхность, их развертывание и многое другое - это грандиозная задача. Даже самое скромное предложение, Лунная решетка для радиокосмологии (LARC), состоит из более чем сотни антенн простой конструкции, разбросанных на два километра. Только за это будет стоить более 1 миллиарда долларов, что сравнимо с самыми дорогими радиорешетками, когда-либо построенными на Земле.
Почти для любого мыслимого применения в астрономии полет на Луну является гораздо худшим местом, чем просто пребывание над атмосферой Земли. Экстремальные температуры, наблюдаемые повсюду на Луне, представляют собой чрезвычайную проблему, превышающую любые преимущества, которые вы получаете от пребывания на поверхности Луны. Только на радиочастотах преимущества нахождения на обратной стороне Луны дают возможность наблюдать, чего мы не можем получить ни с наземных, ни с космических наблюдений.
Пока стоимость не будет снижена или пока мы не продемонстрируем, что готовы платить, маловероятно, что мы когда-нибудь увидим лунный телескоп, который превосходит другие варианты. Вселенная где-то рядом, ждет, когда мы раскроем ее секреты. Когда мы решим, что лунная радиорешетка того стоит, мы значительно продвинемся в раскрытии нашего космического происхождения.