-223°C и вечна тъмнина: учени предложиха да се разположи лазерна GPS система директно в лунните кратери

Изследователи от Националния институт за стандарти и технологии (NIST) предложиха да се разположат ултрастабилни лазери в постоянно засенчените кратери в близост до южния полюс на Луната, за да се създаде навигационна система, подобна на глобалната система за позициониране (GPS). Според замисъла на авторите, лазерите биха могли да се превърнат в хронометрична основа за ориентиране на астронавти, луноходи и космически апарати без да се разчита на наземно проследяване.

Идеята за лунен GPS набира популярност на фона на подготовката на НАСА за дългосрочните мисии „Артемида“. Преди това учените предлагаха навигационни спътници в лунна орбита, радиомаяци и атомни часовници – технологии, аналогични на земния GPS. Новото предложение добавя към тях необичаен елемент: ултрастабилни лазери, разположени във вечно тъмни кратери. Такъв лазер излъчва светлина с почти идеално постоянна честота, което позволява точно измерване на разстоянията между обектите и в перспектива може да се окаже полезно за изграждането на лунни навигационни системи.

Вечно тъмните кратери не получават слънчева светлина поради малкия наклон на лунната ос, а температурата в тях спада до минус 223 градуса по Целзий – по-ниска от тази на повърхността на Плутон.

Тези кратери се разглеждат като възможни хранилища на замръзнала вода за бъдещи селища, а сега се оказа, че суровият студ е подходящ и за високоточни лазерни системи. Авторите предлагат силициев оптичен резонатор – устройство, в което лазерният лъч се отразява многократно между две огледала, разположени на строго фиксирано разстояние едно от друго, което осигурява стабилност на честотата.

На Земята такава конструкция се нуждае от криогенно охлаждане и виброизолация, а вътре в лунния кратер тази задача поема самата природа: екстремният студ, свръхвисокият вакуум и липсата на вибрации позволяват на резонаторите да работят почти без термично разширение (промяна на размерите при нагряване). „Веднага щом разбрах какво могат да предложат постоянно засенчените области, почувствах, че това е най-идеалната среда за свръхстабилен лазер“, заяви водещият автор на изследването Джун Йе (Jun Ye).

Принципът на земния GPS е прост: спътниците непрекъснато предават времеви сигнали от бордовите атомни часовници, а приемниците изчисляват своето местоположение по времето на пристигане на тези сигнали от няколко спътника. Луната няма подобна инфраструктура и с нарастването на активността зависимостта от наземно проследяване рискува да се превърне в слабо място — особено в близост до южния полюс, където сложните условия на осветление затрудняват навигацията. Според замисъла на учените, лазерите в засенчените кратери ще поемат ролята на еталонни хронометри за лунните спътници и комуникационните мрежи, а заедно със спътниковите атомни часовници ще помогнат за създаването на основата на първите оптични атомни часовници на извънземна повърхност, се казва в изявление на NIST. Резултатите от изследването са публикувани на 8 май в списанието Proceedings of the National Academy of Sciences.