קרדיט תמונה: אוניברסיטת אריזונה
לפני למעלה משלושים שנה הגיע ד"ר רוג'ר אנג'ל לאוניברסיטת אריזונה, נמשך על ידי התנאים הנוחים לתצפיות אסטרונומיות באזור טוסון, אריזונה. מספר טלסקופים נמצאים בנוחות, וכמובן, מזג האוויר מזג בינוני להפליא. אבל עכשיו, אנג'ל מציע לבנות טלסקופ במיקום קצת יותר מרוחק ולא כל כך קשוח: מכתש קוטב על הירח.
אנחל, המוכר בזכות חידושיו במראות טלסקופ קליל ואופטיקה אדפטיבית, מוביל כעת צוות מדענים מארה"ב וקנדה הבוחנים את כדאיות בניית מצפה אינפרא אדום עמוק בשדה הקרוב לאחד מקטבי הירח באמצעות טלסקופ מראה נוזלי (LMT) ).
מושג זה הוא אחת מ -12 הצעות שהחלו לקבל מימון באוקטובר האחרון ממכון נאס"א למושגים מתקדמים (NIAC). כל אחד מהם מקבל 75,000 $ עבור שישה חודשים של מחקר כדי לבצע מחקרים ראשוניים ולזהות אתגרים בפיתוח. פרויקטים שעוברים את השלב הראשון זכאים לסכום של יותר מ- 400,000 $ במשך שנתיים.
LMTs מיוצרים על ידי ספיגה של נוזל רפלקטיבי, בדרך כלל כספית, על גבי פלטפורמה בצורת קערה ליצירת משטח פרבולי, מושלם לאופטיקה אסטרונומית. במקור הציע אייזק ניוטון את התיאוריה, אך הטכנולוגיה ליצור למעשה מכשיר כזה בהצלחה פותחה רק לאחרונה. רק קומץ LMTs משמשים כיום, כולל LMT בגודל 6 מטר בוונקובר, קנדה, וגרסת 3 מטרים שמשתמשת בנאס"א במצפה הכוכבים אורביטל בניו מקסיקו.
על פני כדור הארץ, LMTs מוגבלים בגודל לכ -6 מטרים בקוטר מכיוון שהרוח הנוצרת בעצמה שמגיעה מסיבוב הטלסקופ מפריעה לפני השטח. בנוסף, כמו טלסקופים אחרים מבוססי כדור הארץ, LMTs נתונים לספיגה ועיוות אטמוספרי, מה שמפחית מאוד את הטווח והרגישות של תצפית אינפרא אדום. אבל הירח נטול האטמוספרה, אומר אנג'ל, מספק את המיקום המושלם עבור סוג זה של טלסקופ תוך שהוא מספק את הכבידה הדרושה ליצירת המראה הפרבולית.
הפוטנציאל של LMT על הירח הוא ליצור טלסקופ גדול מאוד. לעיון, לטלסקופ החלל האבל יש מראה של 2.4 מטרים, ולטלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) שפותח לשיגור בשנת 2011 יהיה מראה של 6 מטרים. הרעיון להצעת NIAC של אנג'ל הוא מראה של 20 מטר, אך עם המחקר שעשה הצוות עד כה, הם בוחנים כעת ליצור מראות גדולות מאוד, כאשר 100 מטר הם אפשרות הסיום הגדולה. הם שוקלים גם LMTs קטנים יותר. "ברור שאנחנו לא יכולים ללכת לירח ולעשות מראה של 100 מטר לדבר הראשון", אמר אנג'ל. "אנו בוחנים רצף של גדלי קנה מידה של 2 מטר, 20 מטר ו -100 מטר, ובוחנים מה הפוטנציאל שיש לכל אחד מהם." אנג'ל מאמין כי ניתן היה ליצור את הטלסקופ בגובה 2 מטרים ללא נוכחות אנושית על הירח, ולהקים אותו כטלסקופ רובוטי, ממש כמו המכשירים המדעיים של שומרי מאדים שפועלים כעת.
המגבלה של מראה נוזלית היא שהיא רק מכוונת ישר למעלה, כך שהיא לא דומה לטלסקופ רגיל שניתן לכוון לכל כיוון ולעקוב אחר חפצים בשמיים. זה רק מסתכל על איזור השמיים שמעליו ישירות.
אז המטרה המדעית של LMT היא לא להשקיף על כל השמים, אלא לקחת שטח אחד של החלל ולהביט בו בעוצמה. אסטרונומיה מסוג זה הייתה "רווחית מאוד", כפי שתאר אותה אנג'ל, מבחינת עושר המידע שנאסף. כמה מהמאמצים המדעיים הפרודוקטיביים ביותר מטלסקופ החלל האבל היו צילומי ה"שדה העמוק "שלו.
היכולת להביט רק על שטח אחד במרחב בכל עת מניע את אנג'ל וצוותו לחפש את אחד מקטבי הירח אחר המיקום הטוב ביותר לטלסקופ זה. כמו בקטבים של כדור הארץ, מבט ישר כלפי מעלה מקטבי הירח מספק תמיד את אותו שדה ראייה אקסטרגלאקטי. "אם נלך לקוטב הצפוני או הדרומי של הירח, אנו הולכים לדמיין טלאי שמיים אחד כל הזמן, וכך מאפשר לך לבצע אינטגרציה עמוקה במיוחד, עמוקה בהרבה אפילו משדה העמוק של האבל." שלב את זה עם צמצם גדול, והטלסקופ הזה יספק עומק תצפית שלא יתאים לו עם כל טלסקופ בכדור הארץ או בחלל. "זו הנישה או הכוח המסוים של הטלסקופ הזה," אמר אנג'ל.
חיסרון נוסף של מראות נוזליות הוא שהן מאוד לא יקרות בהשוואה לתהליך יצירת מראה סטנדרטית על ידי יצירה, ליטוש ובדיקת פיסת זכוכית גדולה ונוקשה, או יצירת חתיכות קטנות יותר שיש לבצע ליטוש, בדיקה ואז חיבור יחדיו מאוד במדויק. כמו כן, LMTs אינם זקוקים להתקנות יקרות, תומכים, מערכות מעקב או כיפה.
אנג'ל אמר כי "העלות הכוללת של טלסקופ ג'יימס ווב צפויה לעלות על מיליארד דולר, כאשר תג המחיר נמצא על המראה בלבד כרבע מיליון דולר. "המראה הזו היא 6 מטרים, כך שאם אנו מדרגים את הטכנולוגיה למראות גדולות עוד יותר בחלל, אנו בסופו של דבר נפרוץ את הגדה, ולא נוכל להרשות זאת לעצמנו על ידי הטכנולוגיה הנוכחית של יצירת המראה המלוטשת ו להעלות את זה לחלל. "
למרות שהטלסקופ בגובה 2 מטר יהיה אב-טיפוס, הוא עדיין יהיה בעל ערך אסטרונומי. "יכולנו לעשות דברים שמשלימים לטלסקופ החלל שפיצר ולטלסקופ ווב, שכן הטלסקופ בגובה 2 מטרים על הירח ימלא את השטח שבין שני הטלסקופים האלה." מראה של 20 מטר תספק רזולוציה גדולה פי 3 מה- JWST, ועל ידי שילוב או השארת ה"תריס "פתוח לתקופות ארוכות, כמו שנה, ניתן היה לראות אובייקטים פי מאה יותר. מראה של 100 מטר תספק נתונים שנמצאים מחוץ לתרשימים.
אחד האתגרים בפיתוח LMT על הירח הוא ליצור את המסבים כדי לסובב את הרציף בצורה חלקה ובמהירות קבועה. מסבי אוויר משמשים ל- LMTs על כדור הארץ, אך ללא אוויר בירח, זה בלתי אפשרי. אנג'ל וצוותו בוחנים מסבי ריחוף קריוגניים, בדומה למה שמשמש לרכבות ריחוף מגנטיות כדי להשיג תנועה ללא חיכוך באמצעות שדה מגנטי. אנג'ל הוסיף, "כבונוס, עם הטמפרטורות הנמוכות על הירח אתה יכול לעשות זאת מבלי להוציא אנרגיה מכיוון שאתה יכול לייצר מגנט מוליך-על המאפשר לך לבצע מיסב ריחוף שאינו דורש כניסה רציפה של חשמל. "
אנג'ל כינה את המסבים מרכיב קריטי בטלסקופ. "בלי אוויר בירח כדי ליצור רוח, אין גבול לגודל או להגיע לרמת הדיוק שאתה זקוק כל עוד המינון בסדר", אמר אנג'ל.
התפתחות אחת של הפרויקט מאז קבלת מימון ה- NIAC היא מיקום הטלסקופ. בהצעה הראשונית, צוותו של אנג'ל העדיף את הקוטב הדרומי של הירח במכתש שקלטון. אבל הקוטב הצפוני מציע למעשה שדה ראיה טוב יותר לתצפית אקסטרגלאקטית, הם הבינו, ואנג'ל ממתין לנתונים ממסלולי הירח SMART-1 של סוכנות החלל האירופית שהחלה לאחרונה בסקר את אזורי הקוטב של הירח.
"באזורים הקוטביים יש מכתשים שבהם השמש לעולם אינה מוארת ואף פעם לא מחממת את האדמה," אמר אנג'ל. "קר שם מאוד, לא הרבה מעבר לאפס מוחלט. במקום לבנות את הטלסקופ בתנאים עוינים כאלה, אנו מנסים לבנות את הטלסקופ על פסגה של אחד הקטבים, שם תהיה שמש כמעט ברציפות. זה יספק אנרגיה סולארית והתנאים היו טובים יותר עבור האנשים החיים שם. כל שעליך לעשות הוא להניח מסך מילר גלילי סביב הטלסקופ כדי למנוע מהשמש להכות אותו אי פעם והוא יתקרר ממש כמו בתחתית המכתשים. "
עם התבוננות באינפרא אדום, טלסקופ קר חיוני בכדי להיות מסוגל לראות עצמים קרים וקלים יותר בחלל. קיום הטלסקופ באפס מוחלט (0 מעלות קלווין, -273 צלזיוס, -460 F) יהיה אידיאלי. מכיוון שהכספית תקפיא בטמפרטורות האלו, אתגר נוסף לפרויקט הוא למצוא את הנוזל הנכון להסתובב למראה. חלק מהמועמדים הם אתאן, מתאן ופחמימנים קטנים אחרים, כמו הנוזלים שנמצאו בטיטאן על ידי החללית הויגנס, שנחתה בירח הגדול ביותר של שבתאי ב- 14 בינואר.
"אבל הנוזלים האלה אינם מבריקים, אז צריך להבין כיצד להניח מתכת מבריק כמו אלומיניום ישירות על פני הנוזל," אמר אנג'ל. "בדרך כלל כשאנו מייצרים טלסקופ אסטרונומי אנו מייצרים את המראות מזכוכית, מה שלא משקף מאוד ואז אתה מאדה אלומיניום או כסף על הזכוכית. על הירח נצטרך לאדות את המתכת לנוזל ולא לזכוכית. "
זה אחד מתחומי המחקר העיקריים תחת פרס NIAC. במחקרים ראשוניים הצוות של אנג'ל הצליח לאדות מתכת על נוזל, אם כי עדיין לא היה בטמפרטורות הקרות הנדרשות. עם זאת, הם מעודדים מהתוצאות עד כה.
הצוות של אנג'ל אינו טיפוסי לפרויקט NIAC בכך שהוא שיתוף פעולה בינלאומי, ו- NIAC אינו מממן שותפים בינלאומיים. "זה קורה שהמומחים העולמיים לייצור טלסקופים של מראה נוזלית מסתובבים כולם בקנדה, כך שזה היה די חיוני שאם אנחנו חושבים לעשות את זה על הירח שנביא אותם פנימה," אמר אנג'ל. "למרבה המזל הם נכנסו בכרטיס משלהם, כביכול, ומתלהבים מהפרויקט."
חברי הצוות הקנדיים הם אמנו בוררה, מאוניברסיטת לבאל בקוויבק, החוקרת ובונה LMT מאז תחילת שנות השמונים, ופול היקסון, מאוניברסיטת קולומביה הבריטית, שבנה בעזרת בוררה את LMT בגובה 6 מטר ונקובר. משתפי פעולה אחרים כוללים את קי מא מאוניברסיטת טקסס ביוסטון, שהוא מומחה למסבים הקריוגניים, וורן דייוויסון מאוניברסיטת אריזונה שהוא מומחה להנדסת מכונות בטלסקופים, והסטודנט לתואר שני, שורש סיבננדם.
NIAC נוצר בשנת 1998 כדי לבקש מושגים מהפכניים מאנשים וארגונים מחוץ לסוכנות החלל שיכולים לקדם את משימותיה של נאס"א. המושגים הזוכים נבחרים מכיוון שהם "דוחפים את גבולות המדע והטכנולוגיה הידועים" ו"מראים רלוונטיות למשימת נאס"א ", על פי נאס"א. מושגים אלה צפויים לקחת לפחות עשור להתפתח.
אנג'ל אומר שקבלת פרס NIAC זו הזדמנות נהדרת. "ללא ספק נכתוב הצעה לשלב השני (של מימון ה- NIAC)," אמר. "זיהינו במהלך שלב הראשון מהם כמה מהנושאים הקריטיים ביותר בפרויקט זה, ואילו צעדים מעשיים עלינו לנקוט כעת. פתחנו כמה שאלות, ויש כמה בדיקות פשוטות שאנחנו יכולים לעשות כדי לבדוק אם יש פקקי תצוגה או לא. "
המשוכה הגדולה ביותר בהפיכת מצפה הכוכבים האינפרא אדום לונר היא ככל הנראה לגמרי מידיו של אנג'ל. "הירח הוא מקום מאוד מעניין לעשות בו מדע," אמר אנג'ל. "עם זאת, זה מבוסס על התחייבות משמעותית של משאבים של נאס"א לחזור לירח." בהחלט, כדי לבנות את הטלסקופים הגדולים של 20 או 100 מטר, תצטרך להיות נוכחות מאוישת על הירח. "אז," המשיך אנג'ל, "על ידי תפיסת המדע שלך לכיוון הזה, אתה הופך לזנב של כלב גדול מאוד עליו אין לך שליטה לחלוטין"?
אנג'ל מקווה כי נאס"א וארה"ב יוכלו לשמור על המומנטום של חזון לחקר החלל ולחזור לירח. "אני חושב שבסופו של דבר המעבר לחלל זה משהו שבני אדם דחפים לעשות והוא יעשה מתישהו", אמר אנג'ל. "כשזה קורה, חשוב לעשות דברים מעניינים לעשות ברגע שאנחנו מגיעים לשם. עלינו לדעת מדוע השארנו את פני כדור הארץ כדי ללכת לירח. אנו בוחנים, כן, אך אנו יכולים לחקור לא רק את הירח, אלא להשתמש בזה כמקום לעשות מחקר מדעי מעבר לירח. אני חושב שזה משהו שבתמונה הגדולה צריך לקרות. "
ננסי אטקינסון היא סופרת פרילנסרית ושגרירה של מערכת השמש של נאס"א. היא גרה באילינוי.
