Астрокосмический центр ФИАН стремится объединить телескоп субтерагерцевого диапазона, расположенный в лунных приполярных областях, с наземным оборудованием. Такое соединение позволит получить часть возможностей телескопа диаметром 400 тысяч километров. Несмотря на видимую целесообразность, предложение имеет существенные недостатки.
Субтерагерцевым диапазоном называют область с длинами волн миллиметровой и субмиллиметровой длины (100-1000 гигагерц). В астрономии его считают весьма перспективным, потому что в космосе мало веществ, поглощающих в этой части спектра. Поэтому сигналы распространяются по Вселенной заметно лучше. Даже с Земли удаётся получить хорошие данные: например, Телескоп горизонта событий смог получить изображения окрестностей черных дыр в центре нашей Галактики и в галактике M87. Проблема в том, что земная атмосфера сильно поглощает такие волны.
В связи с этим Астрокосмический центр ФИАН активно разрабатывает космическую обсерваторию «Миллиметрон» («Спектр-М») диаметром 10 метров. Ее разместят в космосе на расстоянии около 1,5 миллиона километров от Земли. Взаимодействие с наземными обсерваториями позволит создать эффект «виртуального телескопа» с диаметром 1,5 миллиона километров.
При планировании «Миллиметрона» были сделаны ошибки: как и для российской космонавтики, предполагалась активная кооперация с другими странами. Охлаждающую систему до минус 250 градусов и гетеродинный блок собирались заказывать за рубежом. Как предсказывалось, партнеры отказались участвовать (кроме Китая, который сам не может выполнить наиболее сложные блоки). В 2022 году приняли решение изготавливать сложные блоки самостоятельно.
Радостно от такой новости, но запуск «Миллиметрона» перенесен на несколько лет. Ещё неизвестно, удастся ли российским исполнителям создать систему охлаждения до -250 градусов (или даже ниже) для космических условий. Возможно, придется ограничиться -220 градусами и меньшей чувствительностью телескопа.
В новой работе в журнале Cosmic ResearchУченые из Астрокосмического центра ФИАН изучили различные идеи о создании субтерагерцевых обсерваторий. сообщаетСайт ФИАН рассматривает различные варианты изучения космоса. Помимо космического компонента класса «Миллиметрон», специалисты изучают наземные субтерагерцевые антеннные решетки, состоящие из малых диаметров. В качестве альтернативы предлагается телескоп на поверхности Луны.
Прототип решетки для отработки ключевых технологий составит три-шесть антенн диаметром от трех до пяти метров. Его установят и протестируют в Пущинской радиоастрономической обсерватории. По завершении испытаний ученые создадут на его основе полноценную обсерваторию субтерагерцевого диапазона. В ее состав войдут шесть полноповоротных антенн диаметром до восьми метров каждая с качеством поверхности примерно 40 микрон. Угловое разрешение инструмента достигнет 0,59 угловых секунд. Антенную решетку разместят либо на локальном плато на горе Маяк в Дагестане (2352 метра), либо на пике Хулугайша в Саянах (3015 метров).
Среди изученных вариантов есть более амбициозный: размещение телескопа, похожго на наземные, внутри лунного кратера в приполярной вечной тени. Кратеры в таких местах никогда не освещает солнце. На Земле или Марсе с Венерой таких мест нет из-за существенного наклона оси вращения, приводящего к циклу «зима — лето». У Луны наклон оси вращения значительно меньше, и около 300 кратеров всегда находятся в тени.
В кратере вечной тьмы нагрузка на системы охлаждения «Миллиметрона», по мнению ученых Астрокосмического центра, будет минимальной из-за температуры около минус 220 градусов. При этом надежды на достижение нужной чувствительности – минус 250 градусов, — даже при использовании не самых совершенных систем охлаждения.
Авторы исследования утверждают, что лунная антенная решетка, работая вместе с наземной сетью телескопов такого же диапазона, позволит наблюдать тени черных дыр с разрешением в 30 раз выше, чем у Телескопа горизонта событий. Это значительно продвинет понимание физики сверхмассивных черных дыр и серьёзно поможет в решении других астрономических задач.
Этот сценарий кажется разумным, если не принимать во внимание практические трудности. Главной из них является лунный реголит. Опыт миссий программы «Аполлон» показал, что он быстро прилипает к любым техническим сооружениям на Луне и очень плохо удаляется. Пыль на чувствительных системах, например телескопах, — большая проблема, которая может катастрофически снизить качество получаемых ими данных. писалNaked ScienceПриполярные территории состоят из вечной мерзлоты, что потенциально уменьшает количество лунной пыли в кратерах, где царит вечная ночь. Точное значение этого уменьшения остаётся загадкой.
Вторая существенная проблема состоит в том, что проект из одного аппарата превратится в набор антенн на Луне. Требуется более мощный источник питания и кабель от модуля с солнечными батареями, находящегося вне кратера вечной тьмы, до самого кратера. Реализация такой системы возможна лишь при проведении «альпинистских» работ в лунных условиях. Учитывая вес скафандров (более центнера), подобные операции могут быть нереалистичны (до первых пилотируемых экспедиций в такие зоны это точно не узнать). Тем более такое… недоступно роботам.
Предложенный вариант установки радиотелескопов в солнечных зонах около полюсов Луны может вызвать проблемы с охлаждением, так как даже у полюсов открытые телескопы сильно нагреются за две недели лунных суток.
Сроки реализации лунного мегателескопа вызывают сомнения. На сегодняшний день у России нет небумажных работ по лунной сверхтяжелой ракете. До 2030-х годов пилотируемые полеты на Луну маловероятны. К этому времени «Миллиметрон» будет реализован раньше, чем проект лунной антенной решетки. Возможно, авторы статьи рассматривают вариант с группой космических телескопов, которые будут функциональными аналогами «Миллиметрона».