Чому не можна побудувати космічний телескоп прямо на Місяці?

Якщо ви хочете отримати найбільш незаймані, самі чисті знімки нашого Всесвіту, краще всього буде покинути Землю. Тут, на нашій планеті, можна знайти цілу купу всіляких ефектів, які заважають нашим можливостям візуалізації. Світлове забруднення обмежувати дальність нашого зору; атмосфера шкодить нашій роздільної здатності і нашої здатності бачити чітко; хмари і погода заважають нам збирати світло, Сонце і Земля самі блокують величезну частину нашого поля зору з будь-якої точки на Землі.

І все ж обсерваторії начебто Хаббла, Чандри, Фермі, Спітцера та інших продемонстрували, наскільки ефективними можуть бути космічні телескопи. Види і дані, які вони повернули на Землю, навчили нас набагато великим речам, ніж могли б навчити подібні спостереження, проведені на Землі. Чому б не розмістити тоді телескоп на Місяці? Хочете вірте, хочете ні, але це жахлива ідея. У неї є тільки один позитивний момент. І ось чому.

Телескоп на Місяці: хіба це погано?

Місяць, на перший погляд, може здатися ідеальним місцем для розміщення телескопа. На ній практично немає атмосфери, що усуває будь-які побоювання забруднення світлом. Вона знаходиться далеко від Землі, що повинно значно зменшити перешкоди від будь-яких сигналів, які виробляються людьми. Наддовгі ночі також означають, що ви можете спостерігати одну і ту ж мету безперервно протягом 14 днів без перерв. І оскільки у вас є міцний грунт, вам не потрібні гіроскопи або колеса для наведення. Здавалося б, все круто.

Але коли ви починаєте розмірковувати про те, як Місяць обертається навколо Землі, про систему Місяць-Земля цілком, які обертаються навколо Сонця, ви починаєте розуміти деякі проблеми, з якими неминуче стикається вся ця ідея.

По-перше, якщо ви помістіть свій телескоп на Місяць, яку сторону ви виберете: ближню чи далеку? У кожної з них є свої недоліки.

Якщо ви розмістите свій телескоп на ближній (зверненої до Землі) боці Місяця, ви завжди будете бачити Землю. Це означає, що ви зможете відправляти і отримувати сигнали, керувати своїм телескопом і завантажувати дані практично без затримок, і єдиним обмеженням буде швидкість світла. Але з цього також випливає, що перешкоди від Землі, такі як сигнали радіомовлення, завжди будуть проблемою, з якою вам доведеться вважатися.

З іншого боку, якщо ви знаходитесь на дальній стороні Місяця, ви досить ефективно захищаєте себе від усього, що виходить від Землі, але у вас також немає прямого шляху передачі даних або підтримання сигналу зв’язку. Доведеться встановлювати додатковий механізм, орбітальний апарат або проводити зв’язок на ближню бік, щоб керувати телескопом.

У будь-якому випадку, у вас буде безліч проблем, з якими доведеться боротися і яких звичайно немає у безодні міжпланетного простору. Дві найбільші:

Лунотрясения. Думаєте, це Місяць керує припливами на Землі? Приливні сили, що Земля робить на Місяць в 20 разів сильніше приливних сил, які Місяць надає на Землю. Їх достатньо, щоб провокувати на супутнику некволі лунотрясения.

Різниця температур. З-за приливного блокування Місяця Землею і її надзвичайно повільного обертання, вона купається в сонячному світлі практично постійно протягом 14 днів, а потім занурюється в повну темряву на 14 днів. Денні температури можуть досягати більше 100 градусів Цельсія, а вночі Місяць остигає до -173 градусів.

У той час як космічний телескоп може контролювати свою температуру за допомогою активного або пасивного охолодження (або комбінації обох), телескоп повинен охолоджуватися нижче температури тих довжин хвиль, які він намагається спостерігати, або шум буде закривати передбачуваний сигнал. Це було б величезним недоліком для ультрафіолетової, оптичній або інфрачервоної астрономії, якби хоч одну з них намагалися б розвивати на Місяці.

Проектування телескопа, який може витримати ці екстремальні температури і при цьому працювати, дуже складне завдання. Не дивно, що єдиним телескопом на Місяці, який у нас є, є ультрафіолетовий телескоп на ближній стороні подорожнього, який працює на довжинах хвиль, на яких атмосфера Землі поглинає майже весь світ.

Для більшості застосувань відправлення в космос буде кращим варіантом, ніж Місяць. Місячна поверхня, якщо судити за екстремальних температур і труднощів комунікації з Землею, пропонує більше недоліків, ніж наявність поверхні, на якій можна будувати або робити щось ще.

Але є одне дуже специфічне застосування, яке пропонує Місяць: радіотелескопи. Земля — неймовірно «радиогромкий» джерело, з природним і людським причин. Навіть у космосі сигнали, які виходять із Землі, пронизують всю Сонячну систему. Але Місяць забезпечує приголомшливий імунітет до радіосигналах Землі: дальня сторона супутника буквально використовує всі місячне тіло як щит.

На початку цього року космолог Джо Сілк писав наступне:

«Дальня сторона Місяця — найкраще місце у внутрішній Сонячній системі для моніторингу низькочастотних радіохвиль — єдиних хвиль, здатних виявити слабкі сліди, залишені Великим Вибухом в космосі. Наземні радіотелескопи зустрічають занадто велика кількість перешкод від електромагнітного забруднення, викликаного людською активністю, такого як морська зв’язок і короткохвильове мовлення, щоб отримати чіткий сигнал, а іоносфера Землі блокує найдовші хвилі».

Ми могли б виявити сигнали інфляції, перших етапів Великого Вибуху, і формування перших зірок у Всесвіті за допомогою місячного радіотелескопа. Хоча є надія зробити це на Землі або в космосі, місячна далека поверхню пропонує більше чутливості, тому що захищена від Землі екраном, ніж будь-який інший варіант.

В даний час, коли будь космічний апарат заходить за Місяць, якщо дивитися з Землі, він потрапляє в радіо-блекаут. Той факт, що радіохвилі не можуть проходити через Місяць, означає, що ніякі сигнали не можна відправити туди або здобути протягом цього періоду часу. Орбітальні супутники, будь дальні станції або ровери і навіть астронавти «Аполлона» втрачають можливість спілкуватися з Землею.

Але це також означає, що вони захищені від усіх видів забруднюючих радіосигналів, які народжуються на Землі. GPS-зв’язок, мікрохвильові печі, радіолокаційні, стільникові і Wi-Fi-сигнали, і навіть цифрові камери відносяться до числа багатьох наземних джерел, що забруднюють радіообсерваторії. Але на дальній боку Місяця всі джерела перешкод на 100% блокуються. Це найчистіша середовище для радіоастрономії, яку тільки можна уявити.

Доктор Джиллион Скаддер також зазначає, що у цієї ідеї є свої недоліки. Для передачі даних потрібно щось на кшталт орбітального пристрою, який зможе зв’язуватися як з Землею, так і з телескопом. Телескоп або масив радіотелескопів повинні бути побудовані і розгорнуті на Місяці і пов’язані разом, якщо говорить про масиві (а цей варіант кращий). В якості альтернативи можна було б провести кабелі до ближній стороні для передачі даних на Землю.

Та найбільшою проблемою буде вартість. Транспортування матеріалу на Місяць, висадка на місячну поверхню, розгортання і багато іншого — колосальна робота. Навіть саме скромне пропозицію, Місячний масив для радиокосмологии (LARC), складається з понад сотні антен з простим дизайном, розподілених у двухкилометровом діапазоні. Проект обійдеться в 1 мільярд доларів і стане найдорожчим радиомассивом в історії Землі, якщо буде побудований.

Практично будь здорова пропозиція в області астрономії передбачає, що космос набагато краще місячної поверхні для розміщення телескопа. Перепади температур відбуваються у всіх точках Місяця. Тільки радиоастрономы могли б отримати перевагу, розмістивши телескоп на дальній стороні Місяця, але ця можливість обійшлася б у велику копієчку.

Поки ми не знайдемо спосіб скоротити витрати або не придумаємо щось краще, вкрай малоймовірно, що ми коли-небудь побачимо місячний телескоп, що перевершує інші варіанти. Всесвіт нікуди не дінеться, вона чекає, коли ми розкриємо її секрети.