Кілька поколінь астрономів мріяло побудувати телескопи на поверхні Місяця. І ця мрія може незабаром стати реальністю.

Для радіоастрономів Земля — ​​це шумне місце. Багато сучасної електроніки випромінює радіосигнали, які заважають виконувати астрономічні радіоспостереження. Протягом десятиліть це невидиме світлове забруднення настійливо «витісняло» радіообсерваторії до так званих «радіо тихих зон». Вони містяться далеко від «цивілізації», що змушує радіоастрономів працювати в таких місцях, як безплідна пустеля Атакама в Чилі.

Але не лише створені людиною пристрої перешкоджають слабким радіосигналам. Природні явища як на Землі, так і та Сонця можуть також заважати. Робить свій внесок в це й іоносфера Землі — де сонячне випромінювання іонізує молекули у верхній атмосфері — блокує найдовші радіохвилі, не даючи їм змоги взагалі досягати поверхні нашої планети.

Науковці давно мають кардинальне рішення: зворотний бік Місяця. Оскільки він завжди віддалений від Землі, радіотелескоп, розміщений на місячній поверхні, був би майже повністю захищений від радіотехнічного шуму. Там астрономи змогли б вивчати цілу низку явищ, які не можна спостерігати з нашої планети, або навіть за допомогою космічних телескопів на орбіті Землі. Телескоп на Місяці міг би показати нам, що було до того, як у Всесвіті виникли перші зорі та галактики. Або дасть змогу спостерігати електромагнітні поля навколо далеких екзопланет, щоб виявити надзвичайно тонкі, але фундаментальні властивості, пов’язані зі справжнім потенціалом планет, придатних для життя.

«У вас є радіо тихе оточення на невидимому із Землі боці Місяця, що уможливлює дуже чутливі вимірювання, які ви просто не можете отримати іншим способом», — каже планетолог Стів Сквайрес (Steve Squyres). Він нині обіймає посаду головного науковця компанії з космічних польотів Blue Origin. «Це середовище дуже й дуже сприятливе для прориву науки».

Телескоп на «Аполлон-16»

Космічний корабель «Аполлон-16» доставив позолочений ультрафіолетовий телескоп на Місяць. З його допомогою астронавти отримали 178 зображень космосу. На світлині праворуч Джордж Каррутерс (George Carruthers) і Вільям Конвей (William Conway), керівник проекту Інституту військово-морських досліджень, вивчають прилад, що незабаром стане першою обсерваторією на Місяці. Фото з сайту https://astronomy.com.

Перший телескоп на Місяці не був радіотелескопом, але він «відчинив» вікно в космос, що закрите для астрономів з поверхні Землі.

Прилад під назвою «Ультрафіолетова камера / спектрограф» розробив Джордж Каррутерс (George Carruthers), молодий дослідник Військово-морської лабораторії, який виконував одним з перших спостереження в ультрафіолетовому (УФ) спектрі. Ультрафіолетове світло значною мірою поглинає земна атмосфера — тому, як і більшу частину радіочастотного спектру, його потрібно вивчати з космосу. А після того, як «Аполлон 11» успішно сів на місячну поверхню 20 липня 1969 року, NASA звернулося до академічної спільноти з проханням запропонувати наукові експерименти, які можна було б виконати у майбутніх місячних місіях.

Каррутерс запропонував УФ-телескоп. А до квітня 1972 року він вже був на Місяці на борту «Аполлона 16». Астронавти використали позолочений інструмент для отримання 178 зображень космосу, фіксуючи далекі галактики, туманності й навіть зовнішню атмосферу Землі. Проте, хоча цим експериментом і було показано можливості позаземної ультрафіолетової астрономії, для відправлення іншого телескопа на Місяць знадобився ще 41 рік.

Китайські місячні телескопи

У 2019 році китайський космічний апарат «Чан’е-4» став першим з тих, що зробили посадку на зворотному боці Місяця. Це зображення зробив місяцехід «Юйту-2» (Yutu-2), який доставив «Чан’е-4». Фото з сайту https://astronomy.com.

Після тривалої перерви Національна космічна адміністрація Китаю в 2013 році нарешті повернула телескопи на Місяць. Але цього разу обійшлося без космонавтів. Цей перший в історії дистанційно керований місячний телескоп був додатковим приладом на облавку космічного апарата «Чан’е-3».

Ультрафіолетовий телескоп місячного базування (Lunar-based Ultraviolet Telescope, LUT) з об’єктивом 15 см — це далекий за можливостями інструмент від тих приладів, які астрономи давно мріяли відправити на Місяць. Але навіть маючи такі скромні розміри, LUT в дистанційному режимі виконував спостереження в тому діапазоні електромагнітного спектра, де можна отримати цінні дані про космос.

Китайські науковці використовували LUT для збору даних, ціна яких дуже висока: спостерігали зорі й навіть галактики. І, що ще важливіше, стабільна робота телескопа також стала демонстрацією технології для майбутніх місій.

Минулого року китайське космічне агентство продовжило експерименти, розпочаті з LUT, надіславши на Місяць невеликий радіотелескоп. На початку січня 2019 року так званий Радіоспектрометр низької частоти (Low Frequency Radio Spectrometer) опинився на зворотному боці Місяця, коли там сів космічний апарат «Чан’е-4».

Китайські вчені відтоді використовували телескоп для виконання досліджень Всесвіту в радіодіапазоні, який раніше був не доступний для спостережень. Однак через скромні можливості інструменту їхні спостереження обмежуються відносно близьким космосом.

Ідеї ​​для майбутніх місячних телескопів

Надії астрономів на місячні наукові обсерваторії, зазвичай, пов’язують з майбутніми базами на Місяця, які досі є лише «на папері». Фото з сайту https://astronomy.com.

Реєстрація раніше недоступних радіохвиль — це давня мрія астрономів. Десь 40 років тому науковці почали серйозно розглядати питання про те, які саме типи місячних телескопів вдасться мати, а також як їх можна побудувати.

Вже тоді, згідно з документом NASA під назвою «Майбутні астрономічні обсерваторії на Місяці» (Future Astronomical Observatories on the Moon), вчені зрозуміли, що Місяць дає змогу виконувати спостереження, які відчиняють «останнє вікно в електромагнітному спектрі на дуже низьких частотах».

На початку 1980-х років місії «Аполлон» вже були далеко позаду, але програма космічного човника, що розпочиналася, давала надію на успіх. Це привело до відновлення розмов про повернення на Місяць. Дослідники сподівались, що ці події можуть врешті-решт привести до появи баз на Місяці, що уможливить появу там інфраструктури для постійних наукових досліджень.

«Єдиний спосіб, коли ми уявляли наукові інструменти на Місяць, був пов’язаний з присутністю там астронавтів», — сказав астроном з університет Колорадо в Боулдері Джек О. Бернс (Jack O. Burns). Він обіймає посаду директора Мережі з досліджень і науки про космос (Network for Exploration and Space Science), яку фінансує NASA, і протягом десятиліть був головним активістом щодо будівництва телескопів на Місяці.

Бернс тепер вважає, що завдяки сучасній робототехніці та появі приватних компаній, які готуються чи вже виконують космічні польоти, ця колись божевільна ідея може насправді стати реальністю. Зараз його студенти регулярно працюють з дистанційно керованими роботами та алгоритмами машинного навчання — те, чого неможливо було уявити в 1980-х, говорить він. «Технологія вже є, і, можливо, це те, що нам потрібно».

Завдяки цьому технологічному прогресу та іншим науковим здобуткам, телескопам на Місяці більше не потрібні екіпажі астронавтів-будівельників та космічні програми на 100 мільярдів доларів. Натомість їх можна побудувати за допомогою місяцеходів, які б доставили приватні ракети, які вже перебувають на стадії розробки.

Телескоп FARSIDE

Телескоп FARSIDE дістався б до Місяця за допомогою космічного апарата від компанії Blue Origin, а для розгортання і з’єднання його антен були б використані місяцеходи. Фото з сайту https://astronomy.com.

Бернс та його колеги нещодавно завершили дослідження, яке фінансувало NASA, щодо радіотелескопа, розгорнутого за допомогою ровера. 128 його антен у формі квітки покривали б площу завширшки приблизно 10 кілометрів. Науковці називають свій проект Farside Array for Radio Science Investigations of the Dark ages and Exoplanets — Антена на зворотному боці для радіоастрономічних досліджень темних віків та екзопланет. Або, більш лаконічно, FARSIDE.

FARSIDE вивчав би магнітні поля навколо екзопланет, допомагаючи астрономам краще зрозуміти, які з них можуть бути справді придатними для життя. Телескоп також дасть астрономам перший реальний шанс вивчити визначальний період ранньої космічної історії, який називається «Темні віки». Упродовж цієї епохи і зорі, й галактики ще не сформувалися, тому дослідники не бачать жодної матерії, яка тоді існувала.

NASA також профінансувало ще одне дослідження, що розглядає можливість побудови радіотелескопа в стилі Аресибо всередині місячного кратера. Цей проект розробляє група дослідників, яку очолює технолог-робототехнік з Лабораторії реактивного руху (Jet Propulsion Laboratory) Саптарші Бандіопадхяй (Saptarshi Bandyopadhyay). Після трьох років, потрачених на розгляд різних конструкції телескопа, він нещодавно отримав фінансування від Інституту передових концепцій (Institute for Advanced Concepts) NASA, щоб продовжувати займатися проектом.

І хоча декілька пропозицій щодо місячного телескопа зараз ближче до реальності, ніж будь-які інші за останні десятиліття, «У нас попереду довга дорога», — сказав Бандіопадхяй.

Але Бернс більш оптимістичний. Нині він працює з космічною компанією Джеффрі Безоса, Blue Origin, яка створила апарат для посадки на Місяць (Moon lander), здатний доставити туди вантаж масою 5 тонн. Цього більш ніж достатньо для перевезення FARSIDE. Зараз їм потрібно лише близько 1 мільярда доларів фінансування, щоб це здійснити.

За інф. з сайту https://astronomy.com