Есть ли смысл в строительстве телескопов на Луне?

 

Для радиоастрономов обратная сторона Луны может стать последним нетронутым убежищем в Солнечной системе. Планета Земля - и весь созданный человеком электромагнитный шум, который она извергает в космос - постоянно остается за горизонтом, поэтому любые радиообсерватории, расположенные там, могли бы свободно наблюдать за космосом без помех.

 

Но предстоящий бум в освоении Луны может поставить это под угрозу. В ближайшие десять лет или около того Луна станет целью сотен орбитальных и посадочных аппаратов, каждый из которых может создавать радиопомехи. Исследователи высказали свои опасения в прошлом месяце на конференции под названием "Астрономия с Луны: Следующие десятилетия", которая состоялась в Королевском обществе в Лондоне.

 

"Это, вероятно, самое радиоспокойное место в Солнечной системе, и мы должны это сохранить", - сказал Марк Кляйн Вольт, астроном из Университета Радбоуда в Неймегене (Нидерланды).

 

"Останется ли обратная сторона темной? Вы уже должны нервничать от того, что я задаю этот вопрос", - сказал на конференции Джозеф Лацио, исследователь из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, штат Калифорния.

 

Обратная сторона Луны обладает огромным потенциалом для многих областей, но для космологии она имеет уникальные перспективы. Астрономы составили карту неба, используя большую часть спектра электромагнитных волн, от микроволн до видимого света и γ-лучей. Но космические радиоволны на частотах ниже 100 мегагерц крайне сложно измерить с Земли из-за шумов планеты. А все, что ниже 30 мегагерц, совершенно недоступно, поскольку поглощается в ионосфере - зоне, где земная атмосфера встречается с космосом. Однако эти низкочастотные волны несут в себе сокровищницу информации о первых миллиардах лет истории Вселенной.

 

Обратная сторона Луны защищена от радиоизлучения с Земли, а благодаря почти полному отсутствию атмосферы и длинным холодным ночам она представляет собой почти идеальное место для изучения этих эпох.

 

Если все пойдет по плану, небольшой американский аппарат под названием Lunar Surface Electromagnetic Experiment (LuSee) Night в 2026 году станет первой специализированной космологической миссией, которая воспользуется этими условиями - и она разрабатывается именно с этой целью. (Чанъэ-4, историческая китайская миссия, которая приземлилась на обратную сторону в 2019 году, несла простую радиоастрономическую антенну. Но миссия не была оптимизирована для космологических наблюдений, поэтому эксперимент был омрачен радиочастотными помехами от самой посадочной платформы).

 

При финансировании НАСА и Министерства энергетики США LuSee-Night будет доставлен на обратноу сторону частным подрядчиком в рамках зарождающейся программы НАСА Commercial Lunar Payload Services. Четыре антенны длиной 3 метра, расположенные в форме креста, попытаются измерить "космический рассвет" - характеристику, которую можно обнаружить в радиодиапазоне и которая покажет появление самых первых звезд во Вселенной.

 

Однако даже в тихом уединении на обратной стороне Луны измерение космического рассвета с помощью LuSee будет непростой задачей: сигнатура ранней Вселенной в 100 000 раз слабее шума, производимого Галактикой в том же диапазоне частот. Очень важно ограничить шум от самого космического аппарата. "Единственный способ сделать это - полностью отключить аппарат" и взять с собой достаточно батарей, чтобы радиоприемник мог работать в течение двухнедельных ночей, говорит Стюарт Бейл, астрофизик из Калифорнийского университета в Беркли, который является главным исследователем миссии от НАСА. Электроника приемника, включая часы, обеспечивающие работу компьютеров, должна быть спроектирована таким образом, чтобы "оградить" любые излучения в ограниченной части спектра, говорит Бейл. "Мы требуем, чтобы все генераторы работали на известных частотах и с сертифицированной стабильностью частоты". Известный, предсказуемый источник шума экспериментаторам легче устранить при обработке данных.

 

Это относительно простые меры предосторожности, которые могут принять все лунные миссии, включая коммерческие, говорит Бейл. Если космические аппараты будут спроектированы таким образом, чтобы сдерживать любые радиочастотные интерференции, это может значительно снизить вероятность нанесения вреда будущим научным экспериментам.

 

 

Мелани Джонстон-Холлит, бывший директор радиообсерватории Murchison Widefield Array в Западной Австралии, согласна с этим. В Мерчисоне, который должен стать австралийской площадкой для гигантского радиотелескопа Square Kilometre Array, она помогла создать, вероятно, самую большую в мире зону радиопокоя - более 500 километров в поперечнике.

 

Для проноса электронных устройств в зону требуется разрешение, а "все оборудование, которое вы проносите в эту зону, проходит дополнительный процесс электромагнитного тестирования", чтобы проверить его на наличие нежелательного радиоизлучения, говорит Джонстон-Холлит, которая в настоящее время работает радиоастрономом в Университете Кертина в Перте, Австралия. "Я могу с уверенностью сказать, что это можно сделать с кубосатом", - говорит она, имея в виду крошечные спутники, которые, как опасаются исследователи, могут роиться вокруг Луны, создавая источник помех.

 

Несмотря на это, "подавить помехи до уровня, необходимого для точной радиоастрономии, невероятно сложно", - говорит астроном Эндрю Симион, возглавляющий проект по поиску внеземного разума Breakthrough Listen в Калифорнийском университете в Беркли. Эта работа включает в себя поиск сигналов в широком диапазоне радиоволн, включая гигагерцовые частоты, на которых осуществляется связь со спутниками.

 

 

Астрономам предстоит нелегкая борьба. Технологические достижения, которые обещают сделать Луну более доступной для их экспериментов, также сделают ее более тесной. В ближайшее десятилетие ожидается более 250 полетов на Луну от космических агентств США, Европы, России, Южной Кореи, Китая, Японии, Индии, Канады и Объединенных Арабских Эмиратов, а также множества частных компаний. По данным Northern Sky Research, консалтинговой компании из Кембриджа, штат Массачусетс, это позволит создать "лунную экономику" стоимостью 100 миллиардов долларов США. Существуют также планы по установке лунной спутниковой навигационной системы, которая может стать источником шума.

 

Аланна Кроликовски, политолог из Миссурийского университета науки и технологии в Ролле, считает, что исследователи должны добиваться заключения международных договоров для защиты Луны. "Сейчас повсеместно признается, что нам необходима власть и законодательство для предстоящего лунного ренессанса", - сказала она на конференции в прошлом месяце.

 

Artemis Accords, международное соглашение, возглавляемое НАСА, пытается обеспечить определенное руководство, чтобы помочь участвующим агентствам избежать срыва миссий друг друга. Но оно разработано в основном для удовлетворения потребностей стран, подписавших его; лучшим способом регулирования Луны могли бы стать правила, разработанные Комитетом ООН по использованию космического пространства в мирных целях, говорит Кроликовски. "Окно, в котором это можно сделать, невелико - и сокращается".