Миллионы лет назад астероид врезался в обратную сторону Луны, полушарие которой всегда обращено от Земли. В ближайшие годы робот может приземлиться в оставленном им кратере и построить радиотелескоп, подходящий для будущего астрономии.
Именно на этом основан амбициозный проект под названием «Лунный кратерный радиотелескоп» (LCRT), цель которого — превратить лунный кратер в телескоп с помощью самособирающихся роботов. Луна блокирует шумовые радиопомехи с Земли, а её обратная сторона усеяна кратерами, которые могут служить в качестве телескопической тарелки. Это делает её идеальным местом для прослушивания слабых радиоволн, исходящих из так называемых космических тёмных веков — таинственной эпохи, расположенной между Большим взрывом и рождением первых звёзд.
Возможность слышать эти древние радиоволны позволит ученым исследовать саму природу реальности. «Мы узнаем, верна ли наша физика, или нам нужно создать новую физику», — говорит Саптарши Бандьопадхай, специалист по робототехнике из Лаборатории реактивного движения НАСА в Калифорнии и ведущий исследователь проекта LCRT.
Этот телескоп, расположенный в лунном кратере, — лишь один из нескольких проектов, конкурирующих за право проводить астрономические исследования на обратной стороне Луны. LCRT всё ещё находится в разработке; он ещё не построен, и дата запуска не определена. Но запуск гораздо меньшего по размеру прототипа телескопа запланирован на конец этого года. А с недавним ускорением программы НАСА «Артемида», обещающей более высокую частоту миссий на Луну — как пилотируемых, так и роботизированных — идея размещения радиотелескопа на спутнике Земли получила новый импульс.
«Это открывает новое окно во Вселенную — а таких окон осталось не так уж много», — говорит Майкл Гарретт, астроном и директор Центра астрофизики Джодрелл-Бэнк в Англии. «Это самое важное событие».
(Посмотрите редкое солнечное затмение с обратной стороны Луны.)
Призраки ранней Вселенной
От взрывающихся звёзд до планетарных полярных сияний — практически всё, что производит энергию в космосе, излучает радиоволны — те же самые волны, которые ваш автомобильный радиоприёмник преобразует в звук. В отличие от видимого света, эти волны невидимы и неслышны для человека. К сожалению, для астрономов, желающих услышать всё это, Земля действует как громогласный мегафон: её ионосфера — электризованный слой верхней атмосферы планеты — не только создаёт сильный шум, но и все наши технологии не могут перестать излучать искусственные радиоволны.
«Это ужасающий шум», — говорит Анже Слосар, исследователь из Брукхейвенской национальной лаборатории в Нью-Йорке. Если вы астроном, надеющийся постичь далекий космос, «это все равно что смотреть вверх со дна бассейна». И ученые мало что могут сделать с Земли. «Единственный способ избежать этого — спрятаться от этого», — говорит он.
К счастью, всего в 240 000 милях отсюда есть отличное укрытие. «Для радиоастрономии Луна — одно из лучших мест», — говорит Гарретт. Находясь на обратной стороне Луны, вы обращены спиной к Земле, и Луна действует как гигантский геологический барьер, блокирующий какофонию планет. А если проводить измерения ночью, она также отфильтровывает собственные радиопомехи Солнца.
Без всего этого шума лунный телескоп мог бы улавливать множество сигналов, которые радиотелескопам на Земле сложнее зафиксировать. «Это также важно для поиска внеземного разума», — говорит Гарретт. Одно из самых больших препятствий для идентификации радиосигнала, исходящего от инопланетных технологий, — это попытка выделить его из собственного радиопомеха Земли. На спокойной обратной стороне Луны это было бы гораздо проще сделать.
Любые радиоастрономические исследования, проводимые на Луне, были бы желанны. Но обнаружение сигнала из «космических темных веков» — это долгосрочная цель, говорит Слосар. Примерно через 380 000 лет после Большого взрыва Вселенная представляла собой смесь нейтрального водородного газа. Этот водород в конечном итоге слипся и воспламенился, образовав первые звезды, но тогда существовала лишь тьма.
Но чистый водород излучает радиоволны очень специфической длины волны. Этот удаленный сигнал был бы чрезвычайно слабым, но если бы ученые смогли настроиться на него, они могли бы выяснить, как обычная материя взаимодействует с загадочной темной материей — пока еще не обнаруженным «клеем», который связывает Вселенную воедино, — формируя космос, в котором мы живем сегодня.
Нет никакой гарантии, что телескоп на обратной стороне Луны сможет что-либо услышать: даже если Земля и Солнце будут скрыты, гул самой галактики Млечный Путь все равно намного громче, чем эти водородные шепоты. Но если он все же обнаружит эти шепоты, наше понимание Вселенной изменится навсегда. «Это совершенно неизведанная территория», — говорит Гарретт.
(На обратной стороне Луны находится огромное загадочное пятно.)
Исследователь радиотелескопов
Во-первых, учёным необходимо продемонстрировать возможность проведения радиоастрономических исследований на Луне. Именно в этом заключается цель предстоящего эксперимента Lunar Surface Electromagnetics Experiment-Night (Lu-SEE Night), который является результатом сотрудничества НАСА, Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики и Калифорнийского университета в Беркли.
Самый важный инструмент Lu-SEE Night — это его чувствительный радиоприемник, который, теоретически, способен улавливать множество древних радиосигналов, исходящих из ранней Вселенной. Это простая задача, столкнувшаяся с серьезными трудностями.
«Ни одна американская миссия не совершала посадку на обратной стороне Луны. Ни одна частная компания не совершала посадку на обратной стороне Луны», — говорит Слосар, руководитель проекта Lu-SEE. И никто не прослушивал космические радиосигналы на обратной стороне Луны.
Самой большой угрозой станет лунная среда. Существует небольшой риск того, что микрометеорит, похожий на пулю, смертельно ранит робота. А «перепады температуры ужасающе велики», — говорит Слосар, — от сотен градусов выше нуля до сотен градусов ниже нуля от лунного дня к лунной ночи. Lu-SEE Night оснащен радиаторами и внутренними системами отопления, чтобы попытаться предотвратить замерзание или перегрев. Но никто точно не знает, сработают ли они.
«Если мы переживем первую ночь, то переживем и многие другие», — говорит Слосар. В идеале, миниатюрный радиотелескоп работает около 18 месяцев.
Планируется, что Lu-SEE Night отправится на Луну на борту коммерческого посадочного модуля компании Firefly Aerospace в конце этого года. Радиоастрономы всего мира будут внимательно следить за этим проектом. Если он окажется успешным, то перспектива чего-то более грандиозного станет гораздо более осязаемой.
(Вот как превратить лунную воду в ракетное топливо.)
Самособирающийся лунный страж
Ученые выдвинули ряд идей лунных радиотелескопов. В конечном итоге, он должен быть достаточно большим, чтобы «слышать» эти удаленные радиосигналы — то, что LCRT обеспечивает, используя преимущества покрытого ущельями рельефа Луны.
Задача создания телескопа будет возложена на семейство роботов: посадочный модуль доставит в центр одного из многочисленных ударных кратеров Луны вогнутую сетчатую конструкцию из проволоки, украшенную отражающими панелями. Эти панели будут отражать радиоволны с неба в приемник, подвешенный над дном кратера. Несколько дополнительных марсоходов поднимут проволоку к краю кратера и натянут ее, подняв как сетку, так и приемник. Кратер будет защищать телескоп от любых радиоволн, не исходящих с неба, включая солнечные радиоволны, которые смогли пройти по лунной поверхности.
По крайней мере, такова была первоначальная идея LCRT. Но у Бандиопадхая были некоторые опасения. Использование нескольких роботов для выполнения этой задачи означает, что в случае неисправности одного из них телескоп окажется неполным. Кроме того, это будет довольно медленный процесс, который может потребовать от роботов прохождения нескольких опасных циклов смены дня и ночи, что может привести к их гибели.
Бандиопадхай поделился с National Geographic пересмотренными проектами телескопа. Команда LCRT сократила свой флот роботов до одного. Одиночный дрон приземлится в центре большого ударного кратера — диаметром 4300 футов, достаточно большого, чтобы придать LCRT его внушительные размеры, но и не слишком большого, чтобы препятствовать самосборке, — и выпустит закрепленные тросы в нескольких направлениях. Когда их якоря будут прикреплены к краю кратера, двигатели натянут их, поднимая при этом радиоприемник над посадочным модулем.
В ходе этой операции радиоотражатель длиной 1150 футов, предназначенный для концентрации радиоволн, поступающих с неба, на приемнике, развернется, подобно распустившемуся цветку в форме звезды. «Мы позаимствовали некоторые идеи из оригами», — говорит Бандиопадхай.
Эта версия LCRT не только элегантна, но и прагматична. Использование всего одного робота означает меньшее количество потенциальных точек отказа, а также снижение общей стоимости миссии. Подвешивание телескопа в воздухе также позволяет избежать помех от электрически заряженной лунной пыли, с которыми могут столкнуться другие конструкции, закрепленные на лунной поверхности. Кроме того, использование существующей конструкции (кратера) способствует быстрой сборке и обеспечивает защиту от нежелательных источников радиоволн (например, Солнца).
Вложение всех средств в один роботизированный проект LCRT всё равно будет несколько рискованным шагом в космическом освоении. Однако его поддерживают Программа инновационных перспективных концепций НАСА и Программа исследований и анализа в области астрофизики, что говорит о том, что руководство считает его перспективным.
(Все хотят кусочек Луны. Что может пойти не так?)
В настоящее время команда LCRT тестирует различные типы креплений, чтобы определить, какие из них окажутся наиболее эффективными. Инженеры также используют масштабные модели телескопа, чтобы проверить, может ли его оригами-структура эффективно улавливать радиоволны. В идеале они хотят в конечном итоге отправить некоторые прототипные компоненты на саму Луну, чтобы проверить их работу способами, которые невозможны на Земле.
Возможно, радиотелескоп, который появится на обратной стороне Луны, окажется не LCRT, а одним из других вариантов миссии. Бандиопадхай, например, не будет слишком расстроен таким исходом: если кто-то там наверху слушает — внеземные сообщения и призрачные шепоты из космических темных веков — он будет в восторге.
«Главное — это наука, которая открывает человечеству доступ к той части Вселенной, которую мы никогда раньше не видели», — говорит он.