Наземная интерферометрия на Земле оказалась успешным методом проведения научных исследований, объединяя свет от нескольких телескопов в один большой телескоп. Но как ультрафиолетовый (УФ)/оптический интерферометрический телескоп на Луне может обеспечить улучшенную науку, и могут ли миссии Artemis помочь сделать это реальностью? Вот что недавно было представлено в исследование Астрономические телескопы SPIE + приборы 2024 конференция надеется рассмотреть, как команда исследователей предлагает Artemis-enabled Stellar Imager (AeSI), который, как следует из его названия, потенциально может быть доставлен на поверхность Луны в ходе предстоящих миссий NASA Artemis. Это предложение было недавно принято в качестве исследования Фазы 1 в рамках программы NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) и имеет потенциал для разработки революционного способа проведения научных исследований с чрезвычайно высоким угловым разрешением на других планетных телах, а также для содействия другим миссиям.
Здесь, Вселенная сегодня обсуждает это невероятное исследование с доктором Джойей Рау, астрофизиком в Центре космических полетов имени Годдарда в NASA и директором программы в NSF, относительно мотивации этого исследования, важных выводов из этой работы, следующих шагов, если оно выйдет за рамки Фазы 1, долгосрочных целей относительно местоположений на поверхности Луны и того, как AeSI может продвинуть наше понимание обитаемости экзопланет. Итак, какова была мотивация этого исследования?
Доктор Рау рассказывает Вселенная сегодня«Целью этого исследования является оценка того, сможем ли мы построить и эксплуатировать в сотрудничестве с человеческой программой Artemis большую обсерваторию с разреженной апертурой (интерферометр) на поверхности Луны и определить, конкурентоспособна ли она по сравнению с ранее разработанным вариантом свободного полета. Конечная цель — обеспечить возможность изучения нашей Вселенной в сверхвысоком разрешении на ультрафиолетовых и оптических длинах волн с угловым разрешением примерно в 200 раз больше, чем у HST! Ультрафиолетовые наблюдения невозможно получить с поверхности Земли из-за вышележащей атмосферы, и даже в видимом диапазоне атмосфера Земли ограничивает максимальное разрешение, достигаемое с помощью наземных интерферометров».
Для исследования исследователи основываются на давних предложениях по размещению УФ/оптических интерферометров в космосе, но из-за отсутствия инфраструктуры на поверхности Луны ученые предпочли использовать спутники и орбитальные аппараты, которые исследователи называют «свободными летающими аппаратами». Для AeSI исследователи предлагают построить лунный интерферометр с использованием инфраструктуры, доставляемой на Луну в рамках программы NASA Artemis с целью предоставления передовой науки об экзопланетных системах, включая поверхности звезд, их недра, магнитные поля, космическую погоду и обитаемость экзопланет.
Для достижения этой цели AeSI будет состоять из 1-километрового базового УФ/оптического интерферометра визуализации вблизи южного полюса Луны, который является районом посадки для программы Artemis, в частности Artemis III. Наряду с улучшенной наукой, команда также продвигает масштабируемость проекта, отмечая, что он может потенциально быть размером до 30 или более элементов, чтобы служить в качестве одного интерферометра. Кроме того, команда решает несколько проблем, которые могут возникнуть в ходе этого начинания, включая лунную пыль, сейсмическую активность и использование роботизированных помощников в качестве вспомогательной поддержки для строительства. Итак, каковы наиболее важные выводы из этого исследования?
Доктор Рау рассказывает Вселенная сегодня«Самые важные выводы из этого исследования заключаются в том, что проект осуществим, демонстрируя, что дальновидная идея нашего руководителя, доктора Кеннета Карпентера (NASA/Goddard Space Flight Center), может быть реалистично реализована. Исследование дает важные рекомендации для дальнейших исследований и разработки технологий, которые будут иметь решающее значение для продвижения проекта и решения любых технических проблем и необходимой дальнейшей разработки технологий».
Как уже отмечалось, AeSI был одобрен для исследования Фазы 1 (успех менее 4%!) в рамках программы NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC), при этом NIAC успешно содействовал развитию технологий в аэрокосмической отрасли с 1998 года, а его первоначальное название было NASA Institute for Advanced Concepts до его закрытия в 2007 году. Всего два года спустя Конгресс поручил Национальной академии наук рассмотреть причины его закрытия, которая дала рекомендации на будущее, что привело к появлению текущей программы NIAC в 2011 году.
С тех пор NIAC внес вклад в технологические достижения в области наноспутников, исследования планет, спектроскопии экзопланет, астрофизики, космологии, солнечной науки, исследования космоса человеком и многих других. Эти предложения проходят через три фазы, каждая из которых позволяет увеличить финансирование и время для проекта. Поэтому, учитывая, что AeSI является исследованием Фазы 1, каковы следующие шаги, если его следует одобрить для продвижения?
Доктор Рау рассказывает Вселенная сегодня«Следующие шаги будут включать поиск поддержки Фазы 2 от NIAC, а также изучение дополнительного финансирования и ресурсов. Фаза 2 будет сосредоточена на дальнейшей разработке и уточнении первоначального 9-месячного исследования, которое мы проводим в Фазе 1. Мы считаем, что наша дальновидная концепция имеет потенциал для революции в научных исследованиях и предоставления значительной возможности для демонстрации технологий на поверхности Луны, поэтому мы искренне надеемся, что получим дальнейшую поддержку от NIAC и/или других источников поддержки!»
Что касается долгосрочных целей AeSI, доктор Рау рассказывает: Вселенная сегодня«Существует множество ограничений по размещению интерферометров на поверхности Луны, в частности оптических и ультрафиолетовых! Мы описываем это более подробно в заключительном отчете исследования NIAC Phase 1, который будет доступен общественности и опубликован в начале следующего года. В настоящее время наш проект планируется начать с этапа 1, состоящего из 15 марсоходов в эллиптической конфигурации массива с большой осью 1 км. На более поздних этапах обсерватория будет развиваться до массива из ~30 марсоходов с усовершенствованным концентратором для объединения лучей от большего числа марсоходов (зеркальных станций) и обеспечит чрезвычайно высокое угловое разрешение небесных объектов, таких как далекие звезды, подобные солнцу, активные ядра галактик (AGN), экзопланеты, холодные эволюционировавшие звезды и многое другое!»
Как уже отмечалось, наряду с расширенной научной работой, проводимой на звездах, одной из научных целей AeSI также будет установление обитаемости экзопланет, что связано с тем, что NASA подтвердило существование более 5700 экзопланет в нашей Галактике Млечный Путь. Из них почти 70 в настоящее время обозначены как находящиеся в «обитаемой зоне» своей родительской звезды, причем 29 из них потенциально являются земными (каменистыми) мирами, а оставшиеся 41 потенциально являются «водными мирами» или мини-Нептунами. Было обнаружено, что эти потенциально обитаемые миры вращаются внутри и за пределами обитаемой зоны, причем некоторые из них проходят как внутри, так и за пределами обитаемой зоны в течение одного оборота. Таким образом, как AeSI может продвинуть наше понимание обитаемости экзопланет?
Доктор Рау рассказывает Вселенная сегодня«AeSI обеспечит более глубокое понимание характеристик родительских звезд в далеких экзопланетных системах. Анализируя эти звезды более тщательно, мы можем лучше понять условия, которые влияют на обитаемость их планет, вращающихся вокруг них. Это включает в себя изучение взаимодействий между планетами и их звездами, которые могут существенно повлиять на потенциал жизни на этих экзопланетах».
Поскольку NASA готовится впервые с 1972 года отправить людей на Луну в рамках программы Artemis, важно отметить невероятные научные достижения, которые можно осуществить с помощью инфраструктуры, созданной Artemis. Таким образом, поскольку наземная интерферометрия с Земли является давно существующей и успешной научной областью, которая внесла свой вклад в лучшее понимание радиоастрономии, солнечной физики, туманностей, галактик и экзопланет, AeSI предоставляет уникальную возможность проводить революционные научные исследования, получать изображения далеких звезд с самым высоким угловым разрешением на других планетных телах, одновременно испытывая новые технологии.
Доктор Рау завершает свое выступление, рассказывая: Вселенная сегодня«AeSI предоставит самые первые сверхвысокие угловые разрешения изображений Вселенной в ультрафиолете (УФ). Это огромный скачок для многих аспектов астрофизики, от понимания магнитной активности звезд и ее влияния на окружающие планеты до детальных исследований экзопланет, космической погоды, активных ядерных ядер, звездной астрофизики и многого другого! Ультрафиолетовые и оптические наблюдения AeSI с высоким угловым разрешением откроют новые горизонты в астрофизике, предлагая более богатую и подробную картину самых энергичных и загадочных компонентов Вселенной».
Как AeSI поможет улучшить УФ/оптическую интерферометрию в ближайшие годы и десятилетия? Только время покажет, и вот почему мы занимаемся наукой!
Как всегда, продолжайте заниматься наукой и смотреть вверх!
Дополнительные ссылки:
Астрономические телескопы SPIE + приборы 2024
