Оптическая интерферометрия — давно проверенный научный метод, который включает использование нескольких отдельных телескопов, действующих как один большой телескоп, что позволяет получать более точные данные, в отличие от работы каждого телескопа по отдельности. Однако хаотичная атмосфера Земли часто затрудняет достижение наземной науки, но что, если бы мы могли сделать это на Луне? Вот что было представлено в недавнем исследовании на Астрономические телескопы SPIE + приборы 2024 надеется обратиться к группе исследователей, предлагающих MoonLITE (Lunar InTerferometry Explorer) в рамках программы NASA Astrophysics Pioneers. Это также произошло после того, как эта же группа исследователей недавно предложила Big Fringe Telescope (BFT), который представляет собой 2,2-километровый интерферометрический телескоп, который будет построен на Земле с целью наблюдения за яркими звездами.
Здесь, Вселенная сегодня обсуждает MoonLITE с доктором Джерардом ван Беллем, астрономом из обсерватории Лоуэлла во Флагстаффе, штат Аризона, относительно мотивации предложения MoonLITE, научных результатов, которых они надеются достичь, предпочтений относительно местоположения на поверхности Луны, стоимости MoonLITE и следующих шагов, чтобы сделать MoonLITE реальностью. Итак, какова мотивация предложения MoonLITE?
«Настоящим препятствием для проведения сверхчувствительной оптической интерферометрии высокого разрешения является атмосфера Земли», — говорит доктор ван Белль. Вселенная сегодня. «Это кипящая, турбулентная среда, которая означает, что время экспозиции вашего телескопа в конечном итоге ограничено менее чем миллисекундой или около того. Телескопы, которые экспонируют дольше, могут достичь большей чувствительности, но за счет углового разрешения – все размазывается. MoonLITE с двухдюймовыми (50 мм) апертурами будет более чем в тысячу раз чувствительнее, чем земные апертуры с 8-метровыми собирающими апертурами, потому что он может смотреть в течение многих минут за раз. По сравнению с миллисекундными экспозициями на Земле, количество света, захваченного этими крошечными телескопами размером с десятицентовый магазин, превосходит гигантские промышленные телескопы в течение первой секунды после открытия затвора».
Как и в случае с недавно предложенным BFT, MoonLITE имеет ряд научных целей, которые он надеется достичь, поскольку в исследовании отмечены три научных случая, включая изучение радиусов маломассивных звезд (M-карликов) и коричневых карликов, молодых звездных объектов (YSO) и активных ядер галактик (AGN). Для M-карликов и коричневых карликов команда стремится получить давно искомые данные об их размерах и температурах, поскольку наблюдение за ними с помощью наземных телескопов оказалось затруднительным.
Для YSO исследователи надеются получить более глубокое понимание формирования и эволюции обитаемых экзопланет в протопланетных дисках звезд до главной последовательности, поскольку MoonLITE способен определять внутренние области этих звезд и их размеры. Для AGN исследователи стремятся узнать больше о сверхмассивных черных дырах, и в частности о струях, которые из них исходят, поскольку MoonLITE впервые может наблюдать эти объекты в оптическом диапазоне. Но что еще мы можем узнать из этих трех научных случаев?
«Итак, на самом деле у нас гораздо больше научных примеров — настолько много, что мы поняли, что новые возможности MoonLITE выходят за рамки нашего коллективного воображения, поскольку не могут охватить все аспекты», — рассказывает доктор ван Белль. Вселенная сегодня. «Итак, мы включили в программу 20%-ную часть общего времени наблюдения, чтобы предоставить ее для конкурсного отбора сообществом — знаете, краудсорсинг для Действительно Творческие идеи. Три из них, которые мы записали, были как раз тем, что, по нашему мнению, подчеркивало, что можно сделать с большей чувствительностью с поверхности Земли. Например, самые маленькие звезды — 10% от размера нашего Солнца — также являются самыми тусклыми. И измерение их размеров находится вне досягаемости наземных интерферометров. То же самое касается молодых звездных объектов и активных ядерных ядер — есть несколько, которые можно сделать с Земли, но для более общих образцов — тех, которые представляют более типичные объекты, а не сверхяркие чудаки — вам нужна большая чувствительность».
Одним из уникальных аспектов MoonLITE является то, что его можно доставить на поверхность Луны с помощью Commercial Lunar Payload Services (CLPS) NASA, которая является сотрудничеством с частным сектором по доставке научных и технических грузов на Луну для тестирования технологий, которые могут помочь как в пилотируемых миссиях в рамках программы Artemis, так и в научных миссиях для дальнейшего изучения Вселенной, таких как MoonLITE. Примерами компаний, участвующих в предстоящих миссиях CLPS, являются Intuitive Machines, Astrobiotic, Firefly Aerospace и Draper, все из которых доставляют полезные грузы в различные места на поверхности Луны. Но есть ли конкретное место, где MoonLITE будет работать лучше всего?
«Мы разработали MoonLITE так, чтобы он был полностью независим от местоположения», — рассказывает доктор ван Белль. Вселенная сегодня. «Для такого небольшого эксперимента, как этот, он собирается совершить поездку на борту посадочного модуля NASA CLPS в качестве второстепенного гостя — и предъявление минимального количества требований к вашей поездке повышает шансы получить назначение на поездку. Так что полярные или экваториальные широты оба работают, как и ближняя сторона против дальней стороны».
Как уже отмечалось, эта же группа исследователей недавно предложила Big Fringe Telescope, который должен стать 2,2-километровым интерферометрическим телескопом, состоящим из 16 меньших телескопов диаметром 0,5 метра. Наряду с проведением передовых научных исследований, включая наблюдение за двойными звездными системами и создание «фильмов» транзита экзопланет, одной из самых примечательных особенностей BFT является его чрезвычайно низкая стоимость по сравнению с текущими оптическими интерферометрами по всему миру, приблизительная стоимость составляет 28 496 000 долларов США.
Напротив, стоимость Очень Большого Телескопа-Интерферометра (VLTI) Европейской Южной Обсерватории, состоящего из четырех 8,2-метровых телескопов и четырех подвижных 1,8-метровых телескопов, оценивается в сотни миллионов долларов. Поэтому какова потенциальная стоимость MoonLITE по сравнению с другими наземными интерферометрами?
«MoonLITE был разработан для работы в рамках бюджета конкурса заявок NASA Pioneers», — рассказывает доктор ван Белль. Вселенная сегодня. «Этот CfP [Call for Projects] оговаривает несколько вещей: ограничение расходов в размере 20 млн долларов, включая 25% нераспределенного резерва, так что фактический бюджетный уровень мероприятий и оборудования составил 15 млн долларов. CfP позволяет вам запрашивать некоторые вещи — в первую очередь, поездку CLPS, хотя затем вы должны вписаться в ограничение массы CLPS в 50 кг. Условный посадочный модуль CLPS в CfP должен был предоставить и некоторые другие вещи — питание, связь, мобильность с марсоходом. Так что на самом деле в эту поездку CLPS включено довольно много поддержки в натуральной форме».
Подача предложения в NASA — это очень глубокий процесс, включающий несколько этапов, также известных как фазы, что приводит к очень небольшому уровню принятия, часто с несколькими отклонениями и улучшениями перед принятием. Эти предложения варьируются от CubeSat до полномасштабных многомиллиардных космических миссий, причем большинству требуются годы, чтобы стать реальными миссиями даже после отбора, если вообще требуются. Например, из четырех предложений, отобранных для дальнейшей разработки в январе 2021 года в Программе пионеров астрофизики (Aspera, Pandora, StarBurst и PUEO), только два из них имеют окончательные даты запуска (StarBurst в 2027 году и PUEO в 2025 году). Поэтому, если MoonLITE будет выбран для продвижения, могут пройти годы или даже десятилетия, прежде чем он официально приземлится на лунной поверхности для проведения научных исследований. К сожалению, хотя доктор ван Беллс и утверждает, что предложение Pioneers 2024 года было отменено из-за проблем с федеральным бюджетом, каковы следующие шаги, чтобы сделать MoonLITE реальностью?
«Мы подали заявку на участие в конкурсе NASA Pioneers 2023 года, но получили отказ», — рассказывает доктор ван Белль. Вселенная сегодня. «Но мы получили хороший отзыв и были поощрены улучшить вещи, устранить выявленные проблемы и повторно подать заявку. Мы пытаемся снизить риск, проведя некоторые лабораторные и наземные испытания. Это еще один хороший элемент MoonLITE — мы можем просто построить репрезентативную систему на земле и протестировать ее прямо здесь. Мы не получаем такой же изысканной чувствительности, как на Луне, но в остальном она будет работать так же — нам просто нужно смотреть на яркие объекты здесь, с Земли. Поэтому мы стремимся решить некоторые из этих проблем из рецензионной комиссии и повторно подать заявку на 2025 год».
Поскольку NASA готовится отправить людей обратно на Луну с программой Artemis впервые с 1972 года, уровень науки, который может быть достигнут на поверхности Луны, беспрецедентен. Это особенно очевидно, учитывая отсутствие атмосферы Луны, что позволяет получать более точные данные и потенциально предоставлять ученым более глубокое понимание нашей Вселенной и нашего места в ней. С помощью MoonLITE ученые надеются получить представление о звездах малой массы и коричневых карликах, молодых звездных объектах и активных ядрах галактик потенциально из любой точки на поверхности Луны, что обеспечивает большее разнообразие в выборе места и том, какие небесные объекты можно наблюдать.
Доктор ван Белль заключает, рассказывая Вселенная сегодня«MoonLITE — это супер захватывающе, не только потому, что это действительно высокоэффективный эксперимент в удивительно доступном пакете, но и потому, что он покажет, что весь подход работает и может быть использован гораздо, гораздо дальше. Например, высокоточная астрометрия с лунного интерферометра может характеризовать массы экзопланет земного масштаба. Меры массы необходимы до Обсерватории обитаемых миров 2040-х годов, чтобы понять спектральные характеристики HWO и распутать эти спектры для признаков жизни».
Как MoonLITE будет способствовать оптической интерферометрии на поверхности Луны в ближайшие годы и десятилетия? Только время покажет, и вот почему мы наука!
Как всегда, продолжайте заниматься наукой и смотреть вверх!
