Изграждането на телескопи на Луната вече е реално постижима цел

Разразилата се надпревара за достигане на Луната богати възможности пред лунната астрономия.

Изследването на Луната бележи ренесанс. Десетки мисии, организирани от множество космически агенции – и все повече от търговски компании – ще посетят Луната до края на това десетилетие. Повечето от тях ще включват малки роботизирани космически апарати, но амбициозната програма на НАСА „Артемида“ има за цел до средата на десетилетието да върне хората на лунната повърхност.

Причините за цялата тази дейност са различни, включително геополитически позиции и търсене на лунни ресурси, като например воден лед на лунните полюси, който може да бъде извлечен и превърнат във водородно и кислородно гориво за ракетите. Но науката със сигурност също ще бъде един от основните бенефициенти.

Луната все още има какво да ни каже за произхода и еволюцията на Слънчевата система. Тя има и научна стойност като платформа за астрономически наблюдения.

Потенциалната роля на естествения спътник на Земята за астрономията бе обсъдена на среща на Кралското дружество по-рано тази година. Самата среща бе отчасти провокирана от перспективата за по-добър напредък в достъпа до лунната повърхност.

Допълнителните ползи

Това ще бъде от полза за различните видове астрономия. Най-очевидният е радиоастрономията, която може да се провежда от тази страна на Луната, която винаги е обърната срещу Земята – далечната страна на Луната.

Обратната страна на Луната е постоянно защитена от радиосигналите, генерирани от хората на Земята. През лунната нощ тя е защитена и от Слънцето. Тези характеристики я правят вероятно най-„радиотихото“ място в цялата Слънчева система, тъй като никоя друга планета или луна няма страна, която постоянно да е обърната обратно на Земята. Именно поради това тя е идеално подходяща за радиоастрономия.

Радиовълните са форма на електромагнитната енергия, каквито са например и инфрачервените, ултравиолетовите и видимите светлинни вълни. Те се различават по това, че имат различни дължини на вълните в електромагнитния спектър.

Радиовълните с дължина на вълната над 15 м се потискат от йоносферата на Земята. Но радиовълните с тези дължини на вълните достигат безпрепятствено до повърхността на Луната. За астрономията това е последната неизследвана област от електромагнитния спектър и тя може да се изучава най-добре от обратната страна на Луната.

Наблюденията на космоса на тези дължини на вълните се обединяват в така наречената „нискочестотна радиоастрономия„. Тези дължини на вълните са уникални за изследването на структурата на ранната Вселена, особено на космическите „тъмни векове“ – епохата преди формирането на първите галактики.

По онова време по-голямата част от материята във Вселената, с изключение на мистериозната тъмна материя, е била под формата на неутрални водородни атоми. Те излъчват и поглъщат радиация с характерна дължина на вълната от 21 cm. От 50-те години на миналия век радиоастрономите използват това свойство, за да изучават водородните облаци в нашата галактика и Млечния път.

Тъй като Вселената непрекъснато се разширява, 21-сантиметровият сигнал, генериран от водорода в ранната Вселена, е изместен към много по-големи дължини на вълните. В резултат от това, водородът от космическите „тъмни векове“ се появява при нас с дължини на вълните, по-големи от 10 метра. Обратната страна на Луната може би е единственото място, където това би могло да се изследва.

Астрономът Джак Бърнс представи едно много добро обобщение на съответната научна информация на неотдавнашната среща на Кралското дружество, като нарече обратната страна на Луната

„девствена, тиха платформа за провеждане на нискочестотни наблюдения на тъмните векове на ранната Вселена, както и на космическото време и магнитосферите, свързани с обитаеми екзопланети“.

Сигналите от други звезди

Както казва Бърнс, друго потенциално приложение на далечната радиоастрономия е опитът да се открият радиовълните от заредени частици, уловени от магнитните полета – магнитосферите – на планети, обикалящи около други звезди.

Това ще помогне да се прецени доколко тези екзопланети са способни да осигурят живот. Радиовълните от магнитосферите на екзопланетите вероятно ще имат дължина на вълната по-голяма от 100 метра, така че те ще изискват радио тиха среда в космоса. Отново, обратната страна на Луната ще бъде най-подходящото място.

Същият аргумент може да се изтъкне и за опитите за откриване на сигнали от интелигентни извънземни. И тъй като се разкрива неизследвана досега част от радиочестотния спектър, има възможност да се направят внезапни открития на съвсем нови явления.

Ще получим представа за потенциала на тези наблюдения, когато мисията LuSEE-Night на НАСА осъществи кацне на далечната страна на Луната през 2025 или 2026 г.

Дълбочина на кратера

Луната предлага възможности и за другите видове астрономия. Астрономите имат богат опит с оптичните и инфрачервените телескопи, работещи в открития космос, като телескопа Хъбъл и JWST. Но стабилността на лунната повърхност може да осигури предимства за този вид инструменти.

Освен това на лунните полюси има кратери, които не се огряват от слънчевата светлина. Телескопите, които наблюдават Вселената в инфрачервения диапазон, са изключително чувствителни към топлината и затова трябва да работят при ниски температури. JWST например се нуждае от огромен слънчев щит, който го предпазва от слънчевите лъчи. На Луната естественият ръб на кратера може безплатно да осигури този щит.

Ниската гравитация на Луната може също така да позволи изграждането на много по-големи телескопи, отколкото е възможно за летящите в космоса телескопи във вид на сателити. Тези съображения накараха астронома Жан-Пиер Майяр да предположи, че Луната може да е бъдещето на инфрачервената астрономия.

Студената, стабилна среда на постоянно засенчените кратери може да има предимства и за следващото поколение инструменти за откриване на гравитационни вълни – пулсациите в пространство-времето, причинени от процеси като експлозия на звезди и сблъсък на черни дупки.

Освен това в продължение на милиарди години Луната е била бомбардирана от заредените частици на Слънцето – слънчевият вятър и галактическите космически лъчи. Лунната повърхност може да съдържа богата информация за тези процеси. Изследването им може да даде представа за еволюцията както на Слънцето, така и на Млечния път.

Поради всички тези причини астрономията може да се възползва от сегашния ренесанс в изследването на Луната. По-специално, астрономията вероятно ще се възползва от инфраструктурата, изградена на Луната в хода на лунните изследвания. Тя ще включва както транспортна инфраструктура – ракети, спускаеми апарати и други превозни средства за достъп до повърхността, така и хора и роботи на местата за конструиране и поддръжка на астрономическите инструменти.

Но тук има и известно противоречие: човешките дейности на обратната страна на Луната могат да предизвикат нежелани радиосмущения, а плановете за извличане на воден лед от засенчените кратери могат да затруднят използването на същите тези кратери за астрономически цели. Ще трябва да съобразим и да запазим местата на Луната, които са много подходящи и уникално ценни за лунната астрономия.