На тёмной стороне Луны могут создать мощные и устойчивые лазерные установки

Новости МирТесен

Специалисты рассмотрели возможность установки высоконадёжной лазерной системы в неизменно затенённых кратерах, расположенных вблизи южного полюса Луны. По оценкам учёных, крайне низкие температуры и практически полный вакуум, характерные для этих мест, могут обеспечить оптимальные условия для функционирования одной из наиболее точных систем навигации и синхронизации времени, когда-либо созданных для космических миссий.

Рассматриваются кратеры, полностью лишенные солнечного освещения. Эти участки характеризуются постоянной темнотой и экстремально низкими температурами, достигающими около 50 кельвинов. Учёные полагают, что подобные условия существенно снижают вибрации, тепловой шум и нестабильность поверхности, которые на Земле создают помехи для функционирования высокоточных оптических приборов.

В качестве ключевого элемента проекта выступает оптическая кремниевая полость. Данное устройство обеспечивает резонанс только для конкретных частот света между двумя зеркалами, что способствует стабилизации лазера, интегрированного в эту конструкцию. Основная цель заключается в разработке лазера, характеризующегося исключительно стабильной частотой, не подверженной изменению во времени.

По мнению авторов исследования, Луна обладает значительными достоинствами перед земными лабораториями. Благодаря отсутствию атмосферы, незначительной сейсмической активности и стабильным температурным условиям, спутник Земли представляет собой подходящую площадку для создания систем сверхточных измерений, требующих высокой степени стабильности.

По словам физика Джуна Йе, работающего в Национальном институте стандартов и технологий США и исследовательском центре JILA, постоянно затенённые кратеры предлагают уникальные возможности для развития подобных технологий. Он отметил, что данная среда позволяет избежать множества помех, которые невозможно полностью устранить на Земле.

По словам исследователя, тепло, остающееся в системе, можно будет отводить в холодное космическое пространство, что позволит дополнительно охладить оптическую полость. Для этого не потребуется криостаты и другое сложное оборудование, поскольку температура будет снижена примерно до 16 кельвинов. На таком уровне кремний практически не подвержен расширению или сжатию даже при небольших колебаниях температуры. Это гарантирует, что свет внутри полости всегда проходит по одному и тому же пути между зеркалами, обеспечивая высокую стабильность лазерной частоты.

По мнению ученых, даже незначительные физические воздействия могут изменять частоту лазерного излучения. На Луне эти колебания будут гораздо менее выражены. Планируется, что система будет функционировать на основе синхронизации доступного лазера с резонансной частотой кремниевой полости. После стабилизации этот лазер сможет служить эталонным сигналом для навигации и обеспечения синхронизации времени на лунной поверхности.

Предлагаемая технология может послужить фундаментом для создания лунной системы позиционирования, подобной GPS, используемой на Земле. Кроме того, она может быть полезна при осуществлении посадки космических аппаратов в районах с ограниченной видимостью и предоставит основу для отсчета времени для атомных часов, работающих вдали от Земли.

По мнению исследователей, применение нескольких лазерных систем позволит с высокой точностью определять расстояние до объектов и, возможно, обнаружить необычные физические процессы, в том числе колебания пространства-времени. Также такая сеть установок может найти применение в перспективных экспериментах по поиску гравитационных волн, поскольку она позволит зафиксировать незначительные изменения в расстоянии между приборами, расположенными на Луне.

Для создания системы потребуется транспортировка готовых кремниевых оптических полостей в постоянно затенённые кратеры. Это будет осуществляться с помощью роботизированных устройств или астронавтов в рамках будущих миссий программы «Артемида». Затем рядом с полостью будет размещён лазерный генератор, который настроят для синхронизации и поддержания постоянной частоты.

В случае успеха проекта, он может послужить базой для лунного эталона времени и позволит организовать высокоточные оптические каналы связи между Землей и Луной. По мнению ученых, первые испытания технологии могут состояться в ближайшие годы на низкой околоземной орбите, а её внедрение на Луне возможно ко второй половине этого десятилетия.

Результаты исследования в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.