NASA собирается построить радиотелескоп на обратной стороне Луны. Он будет занимать целый кратер, а его сборку доверят роботам

NASA профинансировало исследовательский грант на создание километрового радиотелескопа Lunar Crater Radio Telescope (LCRT) в кратере на обратной стороне Луны. Предполагается, что инструмент будет построен из проволочной сетки, а его созданием займутся роботы-планетоходы. Если проект будет реализован, то LCRT станет самым большим радиотелескопом с заполненной апертурой в мире.

Многим из нас хорошо знакома «классическая» астрономия, которая исследует Вселенную в видимом диапазоне излучения — то есть в том, которое способен воспринять человеческий глаз. Однако видимый диазпазон — это лишь узкая щелочка в спектре всего существующего излучения, а для того, чтобы понять историю рождения планеты или далекого квазара, определить скорость вращения и устройство нейтронный звезды, да и вообще чтобы ответить на какие-то общие вопросы устройства Вселенной, одного видимого света недостаточно. Даже тогда, когда объект можно достаточно хорошо увидеть с Земли в оптический телескоп, астрономы стараются «подключить» к наблюдению и другие диапазоны электромагнитных волн, включая радио.

Радиоастрономия занимается изучением Вселенной на длинах волн от 1 миллиметра до нескольких десятков и даже сотен метров — это единственный диапазон электромагнитного спектра, который человек способен показать руками. Астрономы используют радиотелескопы для того, чтобы наблюдать природное излучение как объектов с очень высокой энергией, таких как активные ядра галактик или квазары, так и холодных, «темных» объектов — например, межзвездных молекулярных облаков и микроволнового фона Вселенной, который сегодня считается одним из главных подтверждений теории Большого взрыва.

Длины радиоволн существенно больше, чем длины волн видимого света. Поэтому для получения четких изображений радиотелескопы также должны быть значительно крупнее оптических. И чем больше размер антенны, тем точнее можно определить координаты астрономического объекта, узнать о его форме, структуре и других параметрах. Например, диаметр самого большого на сегодняшний день радиотелескопа с заполненной апертурой FAST, находящегося в провинции Гуанчжоу в Китае, составляет полкилометра.

При этом исследователи сталкиваются с большим количеством трудностей при наблюдениях с земной поверхности. Дело в том, что атмосфера нашей планеты выступает в роли экрана, который не только защищает нас от вредоносной космической радиации, но и поглощает, рассеивает и отражает заметную часть электромагнитных волн, в результате чего для наблюдения остаются доступны лишь так называемые «атмосферные окна». Радиоокно охватывает только диапазон длин волн от нескольких миллиметров до 30 метров, что эквивалентно частотам от 100 гигагерц до 10 мегагерц. В то же время остальные частоты остаются плохо исследованными.

Кроме того, радиосигналы, поступающие от различных объектов в космосе, обычно очень слабы — в миллионы (или миллиарды) раз слабее сигналов, которые используют системы связи. Например, даже сотовый телефон, расположенный на Луне, будет довольно сильным источником радиоизлучения по сравнению с теми, которые приходится исследовать радиоастрономам. Созданные человеком приборы способны генерировать серьезные помехи, которые могут помешать наблюдениям. Причем слабые шумы могут быть даже более опасны, чем сильные сигналы, так как они могут загрязнить данные, собранные радиотелескопами, что может привести к ошибочным интерпретациям.

Одним из решений вышеупомянутых проблем могут стать космические телескопы, которые расположены вдалеке от большинства источников шума. Однако сегодня, к сожалению, нет ни одного такого полноценно работающего инструмента. До недавнего времени на орбите работала российская обсерватория «Радиоастрон», благодаря которой удалось проверить множество теорий, но в 2019 году исследователи потеряли с ним связь и до сих пор не смогли восстановить контакт. Тем не менее, надежда на возобновление космических радионаблюдений все-таки есть: несколько дней назад аэрокосмическое агентство NASA одобрило довольно амбициозный проект по постройке радиотелескопа на обратной стороне Луны.

Концепция Lunar Crater Radio Telescope была предложена Саптарши Бандиопадхаем (Saptarshi Bandyopadhyay) в рамках программы NIAC (NASA Innovative Advanced Concepts), цель которой — поддержка инновационных, технически реализуемых идей и концепций, которые смогут сделать «невозможное возможным» в аэрокосмической отрасли в ближайшие 10-40 лет. NIAC начала свою работу в 1998 году и продолжает ее до сих пор (за исключением перерыва с 2007 по 2011 год).

Ученый предложил построить километровый телескоп на обратной стороне Луны, где инструмент будет защищен от шума и помех, исходящих от наземных источников, от ионосферы, искусственных спутников и от Солнца — на время лунной ночи. Телескоп планируется установить в чаше кратера диаметром от трех до пяти километров. При этом создание Lunar Crater Radio Telescope пройдет без участия человека — этим займутся роботы-планетоходы DuAxel, которые растянут сетку в подходящем по соотношению глубины к диаметру кратеру и сформируют параболическую антенну. Над центром «лунной тарелки» будет подвешен чувствительный приемник.

Предполагается, что Lunar Crater Radio Telescope сможет вести наблюдения на длинах волн от 10 до 50 метров, то есть покрыть частоты от шести до 30 мегагерц, что поможет астрономам лучше изучить раннюю Вселенную. В рамках первой фазы программы исследователи получили 125 тысяч долларов и девять месяцев срока на завершение первого этапа разработки проекта. Если исследование покажет, что идея осуществима и принесет пользу в изучении космоса, команда радиотелескопа сможет перейти на следующий этап, во время которого ей будет выделено 500 тысяч долларов для дальнейшей двухлетней работы.

На данный момент на обратной стороне Луны уже есть один радиотелескоп — нидерландско-китайский NCLE, который частично развернул антенны в ноябре прошлого года. Ученые пока не пытаются раскрыть аппаратуру полностью и ведут тестовые наблюдения. Габариты этого телескопа, конечно, намного скромнее габаритов Lunar Crater Radio Telescope — размер антенн, расположенных под прямым углом друг к другу, составляет всего пять метров. Тем не менее, даже такой инструмент при полноценной работе сможет рассказать нам кое-что о том, какой была Вселенная спустя 380 тысяч лет после Большого взрыва — когда пространство впервые стало прозрачно для радиоволн. Если же проект Lunar Crater Radio Telescope действительно будет реализован, то научное сообщество получит гораздо больший поток новых данных об этом периоде в жизни Вселенной и, как следствие, сделает не одно громкое научное открытие.