• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
2 апреля
Александр Березин
5
2 408

Российские астрономы предложили построить на Луне телескоп для изучения черных дыр

4.9

Астрокосмический центр Физического института имени П. Н. Лебедева (ФИАН) хочет объединить телескоп субтерагерцевого диапазона в приполярных областях Луны с наземным. За счет этого можно получить часть возможностей телескопа диаметром в 400 тысяч километров. Несмотря на кажущуюся здравость, у предложения есть серьезные слабые места.

Проекты лунных телескопов выдвигались и ранее, но вот дождаться их реализации будет не очень просто / © Wikimedia Commons

Субтерагерцевым называют диапазон с длинами волн миллиметровой и субмиллиметровой длины (100-1000 гигагерц). В астрономии он считается крайне перспективным: в космосе веществ, поглощающих в этой части спектра, довольно мало, поэтому сигналы в нем распространяются по Вселенной в среднем заметно лучше. Даже с Земли удается получить неплохие данные: скажем, Телескоп горизонта событий смог получить изображения окрестностей черных дыр в центре нашей Галактики и в галактике M87. Проблема в том, что земная атмосфера поглощает такие волны довольно сильно.

Неудивительно, что Астрокосмический центр ФИАН активно работает над созданием космической обсерватории «Миллиметрон» («Спектр-М») 10-метрового диаметра. Ее планируют разместить в космосе, на расстоянии примерно 1,5 миллиона километров от Земли. За счет взаимодействия с наземными обсерваториями космическая обсерватория сможет дать эффект «виртуального телескопа» с диаметром 1,5 миллиона километров.

Однако при планировании «Миллиметрона» были приняты неверные решения: как и для российской космонавтики в целом, предполагалась максимально активная кооперация с другими странами. Систему для охлаждения телескопа до минус 250 с лишним градусов собирались импортировать, как и гетеродинный блок. Но, как и следовало ожидать, иностранные партнеры от участия отказались (кроме Китая, который сам не может сделать наиболее сложные блоки), поэтому в 2022 году было принято решение изготовить наиболее сложные блоки своими силами.

Хотя этому нельзя не порадоваться, ясно, что так запуск «Миллиметрона» задержится на несколько лет. Кроме того, на сегодня все еще не ясно, получится ли у российских исполнителей сделать систему охлаждения до минус 250 градусов (в идеале даже ниже) для космических условий, или придется ограничиться минус 220 градусами и, соответственно, меньшей чувствительностью телескопа.

«Миллиметрон» с его десятиметровым зеркалом, мощной системой затенения, бортового электропитания и охлаждения должен стать крупнейшим космическим телескопом в истории. Под стать амбициозности проекта и сложности с его техническим исполнением / © Wikimedia Commons

В новой работе в журнале Cosmic Research ученые из Астрокосмического центра ФИАН рассмотрели несколько альтернативных концепций обсерваторий субтерагерцевого диапазона. О работе также сообщает сайт ФИАН. Помимо космического компонента класса «Миллиметрон», они изучают варианты наземной субтерагерцевой антенной решетки, то есть массива из малого диаметра. Другой вариант — телескоп на поверхности Луны.

Прототип решетки для отработки ключевых технологий будет состоять из трех-шести антенн диаметром от трех до пяти метров. Исходно его установят и протестируют в Пущинской радиоастрономической обсерватории. По завершении испытаний ученые предполагают создать на основе этого прототипа полноценную обсерваторию субтерагерцевого диапазона. В ее состав должны включить шесть полноповоротных антенн диаметром до восьми метров каждая и с качеством поверхности антенн приблизительно 40 микрон. Угловое разрешение получившегося инструмента достигнет 0,59’’ угловых секунд. Разместить антенную решетку планируют либо на локальном плато на горе Маяк в Дагестане (2352 метра), либо на пике Хулугайша в Саянах (3015 метров).

Но есть среди рассмотренных вариантов и куда более амбициозный: размещение сходного с наземным телескопа внутри одного из лунных кратеров приполярной вечной тени. Так называют кратеры на Луне, куда никогда не заглядывает солнце. На Земле или Марсе с Венерой таких мест нет, поскольку у них существенный наклон оси вращения (цикл «зима — лето»). Но у Луны наклон оси вращения радикально меньше, и примерно 300 кратеров там всегда затенены.

Ученые из Астрокосмического центра отметили, что нагрузка на системы охлаждения — пока что ахиллесову пяту российского «Миллиметрона» — в кратере вечной тьмы будет минимальной. Оценочно температура там в районе минус 220 градусов даже без дополнительного охлаждения. Есть надежда, что в подобных условиях даже умеренно продвинутые системы охлаждения смогут дать минус 250 градусов, необходимые для высокой чувствительности системы.

По словам авторов исследования, такая лунная антенная решетка, работая в паре с наземной сетью телескопов того же диапазона, позволит увидеть тени черных дыр с разрешением до 30 раз выше, чем у Телескопа горизонта событий. Это, разумеется, существенно продвинет понимание физики сверхмассивных черных дыр (и серьезно поможет в решении других астрономических вопросов).

В одних сценариях телескопы субтерагецевого диапазона в лунном кратере будут стационарны. в другом — подвижны. Как обеспечивать многолетнюю подвижность в условиях лунный пыли, правда, пока не вполне ясно / © ФИАН

Такой сценарий выглядит довольно здраво, но лишь если не учитывать ряд практических сложностей. Ключевая из них — лунный реголит. По опыту экспедиций программы «Аполлон» известно, что он быстро налипает на любые техногенные конструкции на Луне и очень плохо счищается. Пыль на чувствительных системах типа телескопов — огромная проблема, способная катастрофически уронить качество получаемых ими данных. Да, как уже писал Naked Science, приполярные области сложены вечной мерзлотой, что может снижать объем лунной пыли в кратерах вечной тьмы. Но насколько именно — на сегодня решительно неизвестно.

Вторая существенная проблема заключается в том, что в таком варианте проект из одного, пусть и непростого, космического аппарата превратится в набор из нескольких отдельно стоящих на Луне антенн. Им потребуется и более мощный источник энергоснабжения, а также передающий кабель от модуля с солнечными батареями вне кратера вечной тьмы до самого кратера. Такое нельзя будет реализовать без, по сути, альпинистских работ в лунных условиях. Учитывая, что скафандры для естественного спутника Земли весят больше центнера, подобные операции в них могут быть нереалистичны (до первых пилотируемых экспедиций в такие зоны это точно не узнать). Тем более такое недоступно роботам.

Авторы работы предложили вариант размещения радиотелескопов вне кратеров — в зонах, освещаемых солнцем, хотя и у полюсов. Однако в таком случае реализация охлаждения станет весьма проблематичной: за двухнедельные лунные сутки даже у полюсов открыто расположенные телескопы серьезно нагреет. Чем это лучше намного более компактного и менее материалоемкого «Миллиметрона» — неясно.

Идея построить телескопы на Луне не нова. Проблемой остается то, что доставлять туда оборудование намного дороже, чем в точку Лагранжа в 1,5 миллионах километрах от Земли, а обеспечивать ее корректную работу намного сложнее. Пыль и существенные перепады температур для освещенных зон и пыль плюс проблемы с энергоснабжением для вечно темных зон все еще остаются проблемами, пути решения которых неясны / © Wikimedia Commons

Наконец, вопросы вызывают и сроки реализации мегателескопа на Селене. У России на сегодня нет небумажных работ по лунной сверхтяжелой ракете. То есть ранее 2030-х пилотируемые полеты на Луну у нас не случатся (а без людей реализовать столь сложные конструкции вне Земли невозможно). К тому времени «Миллиметрон» явно будет радикально ближе к технической реализации, чем циклопический проект строительства Лунной антенной решетки. Возможно, понимая это, авторы статьи рассматривают и вариант с группой чисто космических телескопов — функциональных аналогов «Миллиметрона».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 11:00
НИУ ВШЭ

Северный Кавказ играл ключевую роль в древней колонизации Евразии и формировании ее культурного и генетического наследия, однако до сих пор не до конца изучена генетическая история носителей местных культур. Ученые впервые провели глубокое секвенирование древней ДНК представителей кобанской культуры, сформировавшейся в позднем бронзовом веке на Северном Кавказе, и сравнили ее с генетическими данными современных народов Кавказа. Результаты работы подтвердили роль носителей кобанской культуры как древнего генетического моста между бронзовым и железным веками на Северном Кавказе.

Позавчера, 16:54
Ольга Иванова

Американские исследователи пришли к выводу: тихоходки способны повышать уровень продуктов генов репарации ДНК до такой степени, что это позволяет сделать их одними из самых распространенных в своем геноме. Среди прочего это помогает им выдерживать экстремальную радиацию.

Вчера, 11:48
Игорь Байдов

Во время лабораторного эксперимента канадские биологи проявили неосторожность, благодаря чему узнали, что шмели куда менее уязвимы к экстремальным погодным условиям и более выносливы, чем считалось ранее.

Позавчера, 16:54
Ольга Иванова

Американские исследователи пришли к выводу: тихоходки способны повышать уровень продуктов генов репарации ДНК до такой степени, что это позволяет сделать их одними из самых распространенных в своем геноме. Среди прочего это помогает им выдерживать экстремальную радиацию.

Вчера, 11:00
НИУ ВШЭ

Северный Кавказ играл ключевую роль в древней колонизации Евразии и формировании ее культурного и генетического наследия, однако до сих пор не до конца изучена генетическая история носителей местных культур. Ученые впервые провели глубокое секвенирование древней ДНК представителей кобанской культуры, сформировавшейся в позднем бронзовом веке на Северном Кавказе, и сравнили ее с генетическими данными современных народов Кавказа. Результаты работы подтвердили роль носителей кобанской культуры как древнего генетического моста между бронзовым и железным веками на Северном Кавказе.

Позавчера, 07:22
Полина Меньшова

У детей, которые чувствуют себя обузой для других, чаще возникают суицидальные мысли, выяснили специалисты из США. Кроме того, на психологическое состояние в раннем подростковом возрасте влияют некоторые действия со стороны родителей или опекунов.

8 апреля
Василий Парфенов

Режим работы, количество трудовых часов в неделю и экономическую стабильность профессии прочно ассоциируют с благополучием человека. Количественно и качественно определить эти взаимосвязи получается редко — нужны большие выборки респондентов и длительное время наблюдений. Автор новой научной работы использовал долговременное исследование более чем семи тысяч американцев, чтобы выявить основные эффекты паттернов трудовой деятельности на психическое и физическое здоровье работающих людей.

28 марта
Игорь Байдов

Американская компания JetZero, которая обещает произвести фурор в гражданской авиации, получила сертификат летной годности на испытания уменьшенной копии разрабатываемого ею сверхэффективного реактивного авиалайнера со «смешанным крылом». Предстоящая программа летных испытаний будет направлена на оценку летно-технических характеристик самолета, его устойчивости и управляемости.

21 марта
Дарья Г.

По спектральным данным от «Джеймса Уэбба» и результатам компьютерного моделирования атмосферы астрономы показали, что экзопланета LHS 1140 b — мир-океан. Причем по характеристикам это лучший на сегодня потенциально обитаемый мир, подходящий для пристального изучения.

[miniorange_social_login]

Комментарии

5 Комментариев

Дмитрий Тимофеев
2 недели назад
-
0
+
Фантазировать полезно. Может по результатам научно-фантастический роман хоть напишут.
    Александр
    2 недели назад
    -
    0
    +
    Дмитрий, ну, скажем, Миллиметрон определенно будет. Что уже покруче любого НФ-романа. Вот с лунным вариантом действительно сомнительно.
    +
      ещё комментарии
      Shelove517
      2 недели назад
      -
      0
      +
      Александр, но нельзя не отметить, что лунный вариант прекрасен, будоражит воображение. Можно попросить вас привести сравнительный анализ по разрешающей способности Радиоастрон-Миллиметрон-"Лунный вариант" + что удалось/предполагается пронаблюдать такими мощностями и какие мощности нужны для решения наиболее амбициозных задач? Я спрашиваю в том контексте, что пошли слухи об отказе от строительства новых коллайдеров, мощнее БАКа, так как энергетику удастся поднять на 1-2 порядка, а для новой физики требуется поднять на 7-10 порядков; мол, любой построенный коллайдер на планете уже не сможет сделать новых открытий, кроме уточнения констант, а размер коллайдера для требуемых энергий будет сильно больше размеров Земли. Не будет ли такой ситуации с "лунным вариантом", не будет ли он слишком дорогим и сложным в реализации, но с научным выхлопом, который можно реализовать с помощью телескопа в L3, например, который на первый взгляд выглядит дешевле и проще, а виртуальный диаметр имеет на 3 порядка больше?
        Александр
        2 недели назад
        -
        1
        +
        Shelove517, если строить лунный вариант с несколькими подвижными антеннами -- Миллиметрон будет примерно сравним. Если с неподвижными антеннами -- Миллиметрон будет в ряде случаев сильнее. "а для новой физики требуется поднять на 7-10 порядков" Для новой физики на коллайдере энергию бесполезно поднимать даже на 10 порядков. Принципиально новых частиц (не входящих в известные или предсказанные Стандартной моделью) на коллайдере открыть уже не удастся, потому что таких частиц, судя по многим признакам, просто нет. "Не будет ли такой ситуации с "лунным вариантом", не будет ли он слишком дорогим и сложным в реализации, но с научным выхлопом, который можно реализовать с помощью телескопа в L3, например, который на первый взгляд выглядит дешевле и проще, а виртуальный диаметр имеет на 3 порядка больше?" Телескоп на Луне может быть многосоставным -- и с куда большим диаметром отражателя. Если сделать так -- он будет сильнее одиночного Миллиметрона. Правда, если Миллиметроны объединять в группы, сильнее должны быть уже они. Но сделать это, с учетом того что пока мы не осилили охлаждения до гелия даже для одного Миллиметрона, технически непросто. Впрочем, как и строить вместо него массив на Луне. Пока трудно сказать, что сложнее, хотя с Луной, наверное, все же сложнее.
Виктор Ларионов
2 недели назад
-
0
+
Телескоп на Луне - очевидно ближе к трёхтысячному году© А вот РОС по сегодняшнему макету можно выводить на орбиту ужЕ вчера. Ожидаем подробный разбор (очередной=) «новинки»...
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: