Obrazový kredit: University of Arizona
Roger Angel přišel před více než 30 lety na arizonskou univerzitu, nakreslený příznivými podmínkami pro astronomické pozorování v Tucsonu v arizonské oblasti: několik dalekohledů je pohodlně poblíž a počasí je samozřejmě úžasně mírné. Ale nyní Angel navrhuje postavit dalekohled na místě poněkud vzdálenějším a ne tak skličujícím: polární kráter na Měsíci.
Známý pro jeho inovace v lehkých dalekohledových zrcadlech a adaptivní optice, Angel nyní vede tým vědců z USA a Kanady, kteří zkoumají proveditelnost výstavby Deep-Field Infrared Observatory poblíž jednoho z lunárních pólů pomocí Liquid Mirror Telescope (LMT) ).
Tato koncepce je jedním z 12 návrhů, které začaly získávat finanční prostředky v říjnu loňského října od institutu NASA pro pokročilé koncepty (NIAC). Každý dostane 75 000 dolarů za šestiměsíční výzkum, aby provedl počáteční studie a identifikoval výzvy ve vývoji. Projekty, které se dostanou do první fáze, jsou způsobilé na další 400 000 dolarů během dvou let.
LMT se vyrábějí spřádáním reflexní kapaliny, obvykle rtuti, na platformě ve tvaru mísy, aby vytvořily parabolický povrch, ideální pro astronomickou optiku. Isaac Newton původně navrhl teorii, ale technologie, která skutečně takové zařízení úspěšně vytvoří, byla vyvinuta teprve nedávno. Dnes se používá jen hrstka LMT, včetně 6metrové LMT ve Vancouveru v Kanadě a 3-m verze, kterou NASA používá pro svou orbitální observatoř Debris v Novém Mexiku.
Na Zemi jsou velikosti LMT omezeny na průměr asi 6 metrů, protože vlastní generovaný vítr, který pochází ze spřádání dalekohledu, narušuje povrch. Kromě toho, stejně jako jiné dalekohledy založené na Zemi, podléhají LMT atmosférické absorpci a zkreslení, což značně snižuje rozsah a citlivost infračerveného pozorování. Ale měsíc bez atmosféry, říká Angel, poskytuje ideální polohu pro tento typ dalekohledu a dodává gravitaci nezbytnou pro vytvoření parabolického zrcadla.
Potenciál LMT na Měsíci je vytvořit velmi velký dalekohled. Pro informaci, Hubbleův kosmický dalekohled má 2,4metrové zrcadlo a kosmický dalekohled James Webb (JWST) vyvíjený pro spuštění v roce 2011 bude mít 6metrové zrcadlo. Koncept Angelova návrhu NIAC je zrcadlo o délce 20 metrů, ale s výzkumem, který tým doposud provedl, nyní zkoumají vytvoření velmi velkých zrcadel, přičemž 100 metrů je možnost s velkým koncem. Uvažují také o menších LMT. "Očividně nemůžeme jít na Měsíc a udělat první věc zrcadlem 100 metrů," řekl Angel. "Díváme se na sled rozměrů 2 metry, 20 metrů a 100 metrů a sledujeme, jaký je potenciál každého z nich." Angel věří, že dalekohled o délce 2 metry by mohl být vyroben bez lidské přítomnosti na Měsíci, a byl postaven jako robotický dalekohled, podobně jako vědecké nástroje na Mars roverech, které nyní fungují.
Omezení tekutého zrcadla je v tom, že směřuje pouze vzhůru, takže to není jako standardní dalekohled, který může být namířen v libovolném směru a sledovat objekty na obloze. Zaměřuje se pouze na oblast oblohy, která je přímo nad hlavou.
Vědeckým cílem pro LMT tedy není dívat se na celou oblohu, ale zabírat jednu oblast vesmíru a intenzivně se na ni dívat. Tento typ astronomie byl velmi „ziskový“, jak to popsal Angel, pokud jde o množství informací, které byly shromážděny. K nejproduktivnějším vědeckým snahám Hubbleova kosmického dalekohledu patří fotografie „Deep Field“.
Aby mohl vždy sledovat jen jednu oblast vesmíru, řídí Angel a jeho tým pohled na jeden z lunárních pólů pro nejlepší umístění pro tento dalekohled. Stejně jako u pozemských pólů, dívat se přímo z pólů na Měsíc vždy poskytuje stejné extragalaktické zorné pole. "Pokud půjdeme na severní nebo jižní pól Měsíce, budeme si stále představovat jednu skvrnu oblohy, a tak vám umožní provést extrémně hlubokou integraci, mnohem hlubší, dokonce než Hubbleovo hluboké pole." Zkombinujte to s velkým otvorem a tento dalekohled by poskytoval hloubku pozorování, která by nebyla srovnatelná s jakýmkoli dalekohledem na Zemi nebo ve vesmíru. "To je výklenek nebo zvláštní síla tohoto dalekohledu," řekl Angel.
Další výhodou tekutých zrcadel je to, že jsou velmi levná ve srovnání s procesem výroby standardního zrcadla vytvářením, leštěním a testováním velkého, tuhého kusu skla nebo vytvářením menších kusů, které musí být leštěny, testovány a poté velmi dobře spojeny. přesně. LMT také nepotřebují drahé držáky, podpory, sledovací systémy ani kupole.
"Očekává se, že celkové náklady na dalekohled James Webb přesáhnou miliardu dolarů, přičemž cenová značka na samotném zrcadle bude zhruba čtvrt milionu dolarů," řekl Angel. "Toto zrcadlo je 6 metrů, takže pokud přizpůsobíme tuto technologii ještě větším zrcadlům v prostoru, nakonec se nám podaří rozbít banku a nebudeme si moci dovolit současnou technologií výroby leštěného zrcadla a dostat to do vesmíru. “
I když by dalekohled o délce 2 metry byl prototypem, byl by stále astronomicky cenný. "Mohli bychom dělat věci, které doplňují kosmický dalekohled Spitzer a Webb Telescope, protože dvoumetrový dalekohled na Měsíci vyplnil území mezi těmito dvěma dalekohledy." Zrcadlo o délce 20 metrů by poskytovalo rozlišení třikrát větší než JWST a integrací nebo ponecháním „závěrky“ otevřené po dlouhou dobu, jako je rok, lze zobrazit objekty 100krát slabší. 100 metrové zrcadlo by poskytovalo data, která jsou mimo grafy.
Jednou z výzev při vývoji LMT na Měsíci je vytvoření ložisek pro hladké a konstantní otáčení platformy. Vzduchová ložiska se používají pro LMT na Zemi, ale bez vzduchu na Měsíci to není možné. Angel a jeho tým se dívají na kryogenická levitační ložiska, podobná tomu, co se používá pro magnetické levitační vlaky k dosažení pohybu bez tření pomocí magnetického pole. Angel dodal: „Jako bonus můžete s nízkými teplotami na Měsíci to udělat bez vynaložení jakékoli energie, protože můžete vytvořit supravodivý magnet, který vám umožní vytvořit levitační ložisko, které nevyžaduje nepřetržitý přívod elektrické energie. “
Angel nazval ložiska kritickou součástí dalekohledu. "Bez vzduchu na Měsíci, který by vytvářel vítr, neexistuje žádné omezení velikosti ani dosažení přesnosti, kterou potřebujete, pokud je ložisko v pořádku," řekl Angel.
Jedním z vývoje projektu od získání financování NIAC je umístění dalekohledu. V počátečním návrhu Angelův tým upřednostňoval jižní pól měsíce v kráteru Shackleton. Ale severní pól ve skutečnosti nabízí lepší zorné pole pro extragalaktické pozorování, uvědomili si, a Angel čeká na data z lunárního orbitu Evropské kosmické agentury SMART-1, který nedávno začal zkoumat polární oblasti měsíce.
"V polárních oblastech jsou krátery, kde slunce nikdy neosvětluje a nikdy nezahřívá zem," řekl Angel. "Je tam extrémně chladno, ne příliš vysoko nad absolutní nulou." Spíše než postavit dalekohled za takových nepřátelských podmínek, pokusili bychom se postavit dalekohled na vrcholu některého z pólů, kde by bylo téměř nepřetržitě sluneční světlo. To by zajistilo sluneční energii a podmínky by byly lepší pro lidi, kteří tam žijí. Jediné, co musíte udělat, je umístit kolem dalekohledu válcovou obrazovku Mylar, která zabrání tomu, aby ji Slunce někdy zasáhlo, a vychladne stejně jako na dně kráterů. “
Díky infračervenému pozorování je studený dalekohled životně důležitý, aby bylo možné vidět chladnější a slabší předměty ve vesmíru. Ideální by bylo mít dalekohled na téměř absolutní nule (0 stupňů Kelvin, -273 ° C, -460 ° F). Vzhledem k tomu, že rtuť při těchto teplotách zamrzne, je další výzvou projektu nalezení správné kapaliny, která se točí do zrcadla. Někteří z kandidátů jsou ethan, metan a další malé uhlovodíky, jako jsou kapaliny, které na Titanu našla sonda Huygens, která přistála na Saturnově největším měsíci 14. ledna.
"Ale tyto kapaliny nejsou lesklé, takže musíte přijít na to, jak uložit lesklý kov jako hliník přímo na povrch kapaliny," řekl Angel. "Normálně, když děláme astronomický dalekohled, vyrábíme zrcadla ze skla, což se příliš neodráží a pak na sklo vypařujete hliník nebo stříbro." Na Měsíci bychom museli vypařovat kov spíše na kapalinu než na sklo. “
To je jedna z klíčových oblastí výzkumu v rámci ceny NIAC. V počátečních studiích byl Angelův tým schopen vypařit kov na kapalinu, i když ještě při požadovaných nízkých teplotách. Dosud jsou však výsledky povzbuzovány.
Angelův tým je atypický pro projekt NIAC v tom, že se jedná o mezinárodní spolupráci a NIAC nefinancuje mezinárodní partnery. "Stává se, že světoví experti na výrobu spinningových dalekohledů s kapalinovým zrcadlem jsou všichni v Kanadě, takže bylo docela důležité, že pokud uvažujeme o tom, že to uděláme na Měsíci, přivedeme je," řekl Angel. "Naštěstí přišli na vlastní lístek, abych tak řekl, a jsou projektem nadšeni."
Kanadskými členy týmu jsou Emanno Borra z Laval University v Quebecu, který zkoumá a staví LMT od počátku 80. let, a Paul Hickson z University of British Columbia, který s pomocí Borry postavil 6 metrů LMT v Vancouver. Mezi další spolupracovníky patří Ki Ma z University of Texas v Houstonu, který je odborníkem na kryogenická ložiska, Warren Davison z University of Arizona, který je odborníkem na strojírenství v dalekohledech, a postgraduální student Suresh Sivanandam.
NIAC byl vytvořen v roce 1998 za účelem nabízení revolučních konceptů od lidí a organizací mimo kosmickou agenturu, které by mohly rozvíjet mise NASA. Vítězné koncepty jsou vybírány proto, že „posouvají hranice známé vědy a technologie“ a „ukazují význam pro misi NASA“, podle NASA. Očekává se, že tyto koncepce budou trvat nejméně deset let.
Angel říká, že získání ceny NIAC je skvělá příležitost. "Nepochybně napíšeme návrh na fázi II (financování NIAC)," řekl. „Během fáze I jsme zjistili, jaké jsou některé z nejdůležitějších problémů v tomto projektu a jaké praktické kroky bychom nyní měli podniknout. Otevřeli jsme několik otázek a můžeme udělat několik jednoduchých testů, abychom zjistili, zda existují nějaké zátky nebo ne. “
Největší překážkou při tvorbě Lunární infračervené observatoře je, s největší pravděpodobností, zcela mimo Angelovy ruce. "Měsíc je velmi zajímavé místo pro vědu," řekl Angel. "Je však založeno na značném závazku zdrojů NASA vrátit se na Měsíc." Jistě, k vybudování velkých 20 nebo 100 metrů dalekohledů by musela být na Měsíci přítomná posádka. "Takže," pokračoval Angel, "zasažením své vědy tímto směrem se stanete ocasem velkého psa, nad kterým nemáte absolutně žádnou kontrolu"?
Angel doufá, že NASA a Spojené státy si dokážou udržet tempo Vize pro průzkum vesmíru a vrátit se na Měsíc. "Nakonec si myslím, že stěhování do vesmíru je něco, co lidé musejí udělat a někdy udělají," řekl Angel. "Když k tomu dojde, je důležité mít zajímavé věci, jakmile se tam dostaneme." Musíme vědět, proč jsme opustili povrch této planety, abychom šli na Měsíc. Prozkoumáváme, ano, ale můžeme prozkoumat nejen měsíc, ale použít jej jako místo k vědeckému výzkumu za měsícem. Myslím, že je to něco, co by se na velkém obrázku mělo stát. “
Nancy Atkinson je spisovatel na volné noze a velvyslanec NASA Solar System Ambassador. Žije v Illinois.
