В рамках программы «Артемида» НАСА намерено создать всю необходимую инфраструктуру для создания «устойчивой программы исследования и освоения Луны». Сюда входят Лунные ворота, орбитальная среда обитания, которая позволит осуществлять регулярные поездки на поверхность и обратно, а также базовый лагерь Артемиды, который позволит астронавтам оставаться там до двух месяцев. Несколько космических агентств также планируют создать объекты, которые будут использовать преимущества «спокойной природы» лунной среды, включая телескопы высокого разрешения.
В рамках программы NASA Innovative Advance Concepts (NIAC) этого года группа из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА предложила конструкцию лунного интерферометра оптического изображения с длинной базой (LBI) для получения изображений в видимом и ультрафиолетовом диапазонах волн. Этот предлагаемый массив из нескольких телескопов, известный как Stellar Imager с поддержкой Artemis (AeSI), был выбран для разработки фазы I. Если повезет, массив AeSI сможет работать на обратной стороне Луны, получая подробные изображения звездных поверхностей и их окружения.
Предложение было сделано Кеннетом Карпентером и его коллегами из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА (GSFC). Карпентер — научный сотрудник проекта «Хаббл» в GSFC и научный сотрудник наземных систем Римского космического телескопа Нэнси Грейс (RST). Как они отмечают в своем предложении, возвращение НАСА на Луну открывает несколько значительных возможностей для научных исследований, связанных с его воздействием. Не последним из них является потенциал создания обсерваторий, которые будут использовать преимущества «радиомишины» и длительных периодов темноты на обратной стороне Луны.
Из-за приливно-приливного характера ее орбиты, когда одна сторона Луны всегда обращена к Земле, цикл дня и ночи Луны длится 14 дней. Это означает, что «лунный день» состоит из двух недель непрерывного солнечного света, а лунная ночь — из двух недель непрерывной темноты. В то же время безвоздушная среда Луны означает, что любые наблюдения с помощью оптических телескопов не будут подвержены атмосферным помехам. Это делает обратную сторону Луны первозданной средой для проведения интерферометрических изображений с высоким разрешением — метода, при котором несколько телескопов собирают свет для поиска интерференционных структур.
Астрономы извлекают данные из этих закономерностей, чтобы создать детальную картину небесных объектов, которую трудно различить с помощью обычных телескопов. Этот же метод позволил телескопу горизонта событий (EHT), глобальной сети радиотелескопов, получить первое когда-либо полученное изображение черной дыры. По мнению команды, лунная интерферометрическая установка обладает огромным научным потенциалом и может строиться постепенно, чтобы ограничить затраты на строительство:
«Это может разрешить поверхности звезд, исследовать внутренние аккреционные диски, окружающие зарождающиеся звезды и черные дыры, и начать технический путь к разрешению особенностей поверхности и погодных условий на ближайших экзопланетах. Полностью построенное предприятие будет большим и дорогим, но не обязательно начинать именно так. Технологии могут быть разработаны и протестированы с помощью 2 или 3 небольших телескопов на коротких базах. Как только технология будет разработана, базовые линии можно будет удлинить, можно будет установить более крупные телескопы и увеличить количество телескопов. Каждое из этих обновлений может быть выполнено с минимальным нарушением работы остальной части системы».
Несмотря на эти преимущества, команда отмечает, что предыдущие исследования интерферометров в космосе были сосредоточены на конструкциях свободно летающих решеток. Во многом это произошло благодаря исследованиям NASA Vision Missions в 2003–2005 годах, в которых изучались компромиссы между концепциями свободного полета в космосе и интерферометрами километрового размера, построенными на поверхности Луны. Исследование пришло к выводу, что лучше использовать свободные полеты в космосе, учитывая отсутствие ранее существовавшей на поверхности Луны человеческой инфраструктуры, которая могла бы обеспечивать электроэнергию и регулярное обслуживание.
Однако благодаря программе «Артемида» Карпентер и его команда утверждают, что теперь ситуация меняется. С завершением строительства наземных сред обитания, транспортных, буровых и энергетических объектов, запланированных на ближайшие годы, сейчас хорошее время для изучения возможности строительства интерферометров на лунной поверхности. «Наше исследование интерферометра, расположенного на поверхности Луны, станет огромным шагом вперед к созданию более крупных массивов как на Луне, так и в свободном полете в космосе, с широким спектром длин волн и научных тем», — пишут они. «Это определит, учитывая нынешнее и ожидаемое состояние наших космических технологий и планы освоения человеком, лучше ли разрабатывать проекты для лунной поверхности или для дальнего космоса».
Они также предполагают, что лунный интерферометр приведет к прогрессу в астрофизике, например, в изучении магнитной активности звезд, ядер активных галактик и динамики космологических явлений во многих масштабах. Проектирование и строительство такого объекта позволит решить ключевые инженерные проблемы, такие как лучший способ использования оптических линий переменной длины, лучшие конфигурации телескопов и оптимальный размер зеркал для достижения как технических, так и научных целей. Они также надеются создать план по обслуживанию и расширению объекта с течением времени, используя сочетание человеческой и роботизированной поддержки.
Помимо этого, ожидаемые преимущества включают в себя технические достижения, которые позволят создать УФ-оптический интерферометр и космические миссии, способные получать изображения черных дыр (аналогично EHT), искать биосигнатуры и напрямую получать изображения скалистых экзопланет вокруг других звезд. Карпентер и его коллеги также ожидают, что создание крупного объекта на Луне в сочетании с целями исследования человека в рамках программы «Артемида» вызовет огромный общественный интерес и участие:
«Наконец, эти усилия заставят людей снова мечтать – и помнить, что мы можем делать великие дела, даже в [the] лицо трудных времен. Наше исследование поможет сосредоточить внимание на величии Вселенной и на том, что люди могут сделать, если будут усердно работать вместе. Наш проект заинтересует поколения будущих специалистов в области науки, технологий, техники, искусства и математики (STEAM), которые будут вдохновлены этим смелым видением».
Дополнительная литература: НАСА
