في حوار مع عالم الفيزياء الفلكية يوري كوفاليف (معهد ليبيديف للفيزياء) حول
إنجازات وآفاق مشروع راديو أسترون ، تطرقنا إلى موضوع القمر. اتضح أنها تعد بعلم الفلك الراديوي فرصًا جديدة ستسمح لك بالنظر إلى حيث لم يبد أي شخص آخر. انضم ليونيد جورفيتس من المعهد المشترك لـ VLBI في أوروبا وميخائيل موغيليفسكي من IKI RAS في مناقشة فوائد البرنامج القمري لعلم الفلك الراديوي.
يوري كوفاليف ، رئيس مختبر علم الفلك الراديوي خارج المجرة التابع لمركز أسترو للفضاء التابع لمعهد PN Lebedev للفيزياء التابع للأكاديمية الروسية للعلوم
- كيف تشعر حيال فكرة بناء قاعدة على القمر؟- باختصار ، تحتاج إلى بناء مرصد راديو على القمر ، ولكن الذهاب إلى القمر لمجرد أنه ليس خطيرًا - إنه مكلف للغاية. ومع ذلك ، إذا تم اتخاذ قرار استراتيجي بأن روسيا تبني قاعدة قمرية ، سأقول: عدم وضع تلسكوب لاسلكي طويل الموجة على القمر جريمة. نطاق الطول الموجي الطويل للغاية هو النافذة الوحيدة في الطيف الكهرومغناطيسي التي لم يتم فتحها بعد. لا تنتقل الموجات الطويلة جدًا من الفضاء إلى الأرض ؛ تنعكس من الأيونوسفير ؛ وبناءً على ذلك ، يجب وضع التلسكوب خارج الأرض. يمكنك وضع نشرة مجانية على القمر الصناعي ، يمكنك وضعه على القمر. من حيث المبدأ ، سيكون القمر أكثر تكلفة. من ناحية أخرى ، إذا كانت هناك بالفعل قاعدة هناك ، فمن الممكن والضروري تثبيت تلسكوب يعمل لفترة طويلة جدًا.
- ولماذا لا يضعون الأقمار الصناعية؟- يمكنك تشغيل الأقمار الصناعية ، لكنك تفهم أننا نتحدث عن أحجام كبيرة وعدد كبير من أجهزة استقبال الإشعاع. الطول الموجي حوالي عشرين مترا. وكم من الوقت سيبقى هذا القمر الصناعي؟ في الوقت نفسه ، لا يحتاج التلسكوب على القمر إلى الصيانة. مجرد "تشتيت" السلك على السطح. لماذا القمر؟ المشكلة ليست فقط في وضع القمر الصناعي ، ولكننا بحاجة إلى حماية أنفسنا من تداخل الأرض - فهي شديدة الحرارة في هذا النطاق.
- أي أنك بحاجة للبناء على الجانب الخلفي؟- نعم ، يعتبر القمر هنا بمثابة حماية لتلسكوب راديوي طويل الموجة من إشعاع الأرض. يجب وضعها إما على الظهر أو في الحفر في القطبين. بطبيعة الحال ، ستكون المهمة نقل البيانات إلى الأرض. إذا وضعت على الجانب البعيد من القمر ، فأنت بحاجة إلى مكرر ، وعلى الأرجح سيكون قمرًا صناعيًا. إذا وضعت على القطبين ، يمكنك وضع المكرر على حافة الحفرة. وتناقش الخيارات ، بما في ذلك تنفيذ تلسكوب على قمر صناعي يطير حول القمر. ثم ، في جزء من الوقت ، يتم إغلاق التلسكوب بواسطة القمر من الأرض ويقوم بالملاحظات. وبناءً على ذلك ، عندما تفتح ، فإنها تدفن البيانات على الأرض.
بينما تتم مناقشة هذا على مستوى الأفكار التي يجب التفكير فيها والعمل بها. هذه هي آخر نافذة غير مفتوحة متبقية من الطيف الكهرومغناطيسي في دراسة الكون.
بضع كلمات حول المشاكل العلمية المحتملة. نبدأ بدراسة ما يسمى عصر التأين الثانوي. هذه جائزة نوبل أخرى محتملة ، ونتيجة لذلك تلقى علم الفلك الراديوي طويل الموجة في السنوات الأخيرة زخما قويا في تنمية واهتمام المجتمع العالمي. تسمح لك دراسة إشعاع الهيدروجين من مسافات كونية مختلفة في الكون ببناء خريطة ثلاثية الأبعاد للكون في خط من الهيدروجين المحايد. كلما زاد الهيدروجين ، كلما كانت الموجة أطول. من حيث القيمة لعلم الكونيات ، هذا يمكن مقارنته بالإشعاع المتبقي.
تلسكوب الفضاء ESA Planck و CMB الخاص به.تدرس LOFAR و SKA ومشاريع أخرى عصر التأين الثانوي ورسم خرائط الهيدروجين المحايد بأطوال موجية أقصر. لهذه المهمة ، سيكون من المفيد أيضًا أن يكون لديك تلسكوب راديوي طويل الموجة.
لا تنس أن كل نافذة جديدة في الطيف الكهرومغناطيسي جلبت مفاجآتها - وهي نتائج لا يمكن التنبؤ بها مسبقًا. آمل ألا تكون "النافذة" الأخيرة التي نناقشها استثناءً.
- لقد ذكرت القمر الصناعي. بالنسبة لي ، هذا الموضوع قريب. في رأيك ، على مقياس السواتل الميكروية ، هل من الممكن تنفيذ نموذج أولي على الأقل لهذا التلسكوب؟"إذا كان بإمكان
الساتل الميكروي القمري الخاص بك أن يبرز نوعًا من ثنائي القطب أو نظام قياس أصعب ، فمن المحتمل أن يكون ذلك مفيدًا". السؤال المهم هو إلى أي مدى يتداخل التداخل الداخلي للجهاز مع تشغيل التلسكوب. التحليل مطلوب.
- سنفكر في ما سيحدث. شكرا لك!_____________________________________________________
رئيس أبحاث الفضاء ، المعهد المشترك لـ VLBI في أوروبا
ليونيد هورويتز.
- المعدات اللازمة لعلم الفلك الراديوي بالموجات الدقيقة بسيطة نسبياً. يمكن لحام جهاز استقبال علم الفلك الراديوي للترددات في هذا النطاق (الترددات أقل من 10-15 ميجا هرتز) من قبل هواة راديو المدرسة. انها رخيصة جدا. وكمية المعلومات ، بشكل تقريبي ، تتناسب مع تردد الموجة الحاملة. تدفق البيانات صغير نسبيًا ، ويمكن للنظام الرقمي الحديث التعامل معه. أنظمة الهوائي ، على الرغم من حجمها - كبير إلى حد ما - بسيطة للغاية. يمكن أن يكون مجرد الأسلاك الموضوعة على السطح.
- وكم يجب أن تكون؟- ذكر يوري كوفاليف بالفعل: يبلغ طول الموجة حوالي 20 مترًا ، لذا يجب ألا يقل حجم الهوائي. في الوقت نفسه ، هناك تقنيات حديثة تجعل الهوائي أصغر بكثير. على سبيل المثال ، تعمل الهواتف المحمولة على طول موجة 20 سم ، على الرغم من أن الهوائيات من هذا الحجم لا يتم حملها. لديهم هوائيات نشطة ، ويمكن استخدام نفس التقنيات في الفضاء. ولكن بالنسبة للسطح القمري ، قد لا يكون من الضروري الاسترخاء على سطح القمر أو حتى في الفضاء الخارجي ، ولن يكون من الصعب لفائف بسلك رفيع جدًا. لا يوجد فرق جوهري بين القمر الصناعي والسطح.
القمر الصناعي أكثر ربحية لأن الهبوط على سطح القمر من أي نوع من الحمولة هو عمل معقد ومكلف. يتمتع القمر بميزة كبيرة - فهو محمي من التدخل من صنع الإنسان. القمر الصناعي في مدار منخفض حول القمر في جزء معين من مداره يحجبه القمر من الأرض ، ويمكن استخدامه. لذلك ، يكون القمر الصناعي أرخص من المرصد القمري الثابت. من ناحية أخرى ، بما أننا سنطير لاستكشاف القمر ، فإن هذا العمل سيتطلب تسليم أطنان من البضائع ، مضيفًا أن إضافة عدة كيلوغرامات من الحمولة لعلم الفلك الراديوي لن يكون صعبًا. وسيكون التأثير هائلاً. أعتقد أن واحدة أو اثنتين من جوائز نوبل مخفية في علم الفلك الراديوي طويل الموجة. هذا هو القانون بالفعل عمليًا: إذا تحسنت بعض معلمات إعداد البحث بأمر أو أوامر من الحجم ، أو بدأ العمل في منطقة جديدة تمامًا وغير مطورة ، فسيكون هناك اكتشافات مضمونة يصعب التنبؤ بها. هذا ينطبق بشكل كامل على موضوعنا.
إذا كانت هناك رحلات جوية مأهولة إلى القمر ، وسوف تفعل ذلك بالتأكيد ، فلن يكون هناك أي مبرر لعدم استخدام هذه الفرصة لنشر تلسكوب لاسلكي طويل الموجة هناك. لذا في برنامج القمر المستقبلي ، سيكون علم الفلك الراديوي راكبًا عابرًا ، وفي الفضاء الخارجي يمكنك إنشاء مرصد مستقل. الدافع العلمي هو نفسه ، ولكن ميزة القمر الصناعي هي أنه يمكنك إنشاء سرب من السواتل الصغيرة التي يحمل فيها كل جهاز عنصر هوائي واحد ، بسيط ، خفيف. يمكن وضع هذا السرب من الأقمار الصناعية في مكان ما في ظل القمر ، على سبيل المثال ، عند نقطة Lagrange-2 لنظام الأرض والقمر. تقع هذه النقطة خارج القمر ، وهناك ستتم حماية الأقمار الصناعية من التدخل من صنع الإنسان. وضع في هذه المرحلة لديه عدد من القيود. النقطة هي موقع مثالي ، في الواقع ، يقوم قمر صناعي عند هذه النقطة بما يسمى "شخصيات Lissajous" ، وفقط في بعض مراحل حركتها تظهر في ظل القمر.
يمكنك وضع هذا السرب في مدار قمري منخفض. ثم سيقضي هذا السرب جزءًا من مداره في مخروط ظل الأرض. يتم النظر في هذه الخيارات ، ويجري تطوير مشروع محدد في الصين. قد تفكر في إطلاق مرصد طويل الموجة في مكان بعيد جدًا جدًا. حتى الآن سيكون التداخل من صنع الإنسان ضئيلًا بسبب المسافة. ولكن عليك أن تطير بعيداً. تذكر ، في شاشة البداية لفيلم "Contact" ، تطير المركبة الفضائية بعيدًا عن الأرض ، وفي البداية يوجد الكثير من التداخل حولها ، ثم تتحرك أبعد وأبعد وتستغرق الإشارة وقتًا أطول للنشر. وأخيرا اعترضوا البث الأول من أولمبياد برلين عام 1936 ، ثم الإشارات الإذاعية الأولى - والصمت. لذلك ، يأتي الصمت بسبب عاملين: أولاً ، طاروا حتى الآن لدرجة أنهم تحركوا في الوقت المناسب تقريبًا ، وثانيًا ، يؤثر عامل المسافة. المسافة متناسبة مع مربع المقام. أي إذا تقاعدت عشر مرات ، فإن شدة التدخل انخفضت مائة مرة. بعد أن تراجعنا عشر مرات أكثر من القمر ، سنقلل التداخل مائة مرة. إذا غادرنا مائة مرة ، قللنا من التدخل بمقدار عشرة آلاف.
وفقًا لذلك ، لدينا ثلاث طرق: على سطح الجانب البعيد من القمر ، أو على قمر صناعي قمري ، أو بعيد جدًا. لا يوجد خيار للسفر بعيدًا جدًا في مجال التطوير الحقيقي في الوقت الحالي. وهناك خيار على القمر وعلى القمر القمرى. يتم ذلك من قبل الزملاء الصينيين في إطار برنامج Chang'e. في روسيا ، يتم أيضًا إحياء برنامج القمر الآن ، هناك مشاريع "القمر -25" ، -26 ، -27 ، -28 ... لسوء الحظ ، حتى الآن لا يوجد لدى أي من هذه الأجهزة حمولة لعلم الفلك الراديوي طويل الموجة. هذا أمر مؤسف ، لأنه سيسمح "بقطع الزاوية" في السباق للاكتشافات في هذا النطاق. من حيث التكنولوجيا والتكلفة ، هذا أمر غير معقد نسبيًا. إن بناء مثل هذا التلسكوب الراديوي طويل الموجة أرخص بكثير من Radioastron أو غيره من سلسلة Spectrum. الحمولة بسيطة ورخيصة ولكنها مضمونة لتحقيق اكتشافات مهمة.
إذا تحدثنا عن قمر صناعي تجريبي يكون مناسبًا لأغراضنا ، فسيكون الجهاز الذي يزن عدة كيلوغرامات كافياً. قمنا بتطوير هوائي مناسب لأغراضنا ، وهو ليس ثنائي القطب ، ولكن ثلاثي القطب. هذا هو تكافل ثنائي القطب التقليدي وهوائي نشط مع مضخم ومحول تناظري إلى رقمي ونظام معالجة ونقل سحب عدة كيلوغرامات. تم الحصول على أبعاد مثل ترايبود الصورة الصغيرة. إذا تم إلقاء مثل هذا الشيء في مدار قمري ، فإنه قادر على العمل هناك بشكل مستقل.
هل تعرف منظمة جامعة هاربين للتكنولوجيا الصينية؟ إنهم يعملون بنشاط مع CNSA في مشروع مماثل ، وهم يحاولون إدراج هذا في Chang'e. بالإضافة إلى ذلك ، كجزء من برنامج Chang'e ، يتم تطوير الهوائيات على جهازين من أجهزة Chang'e. هوائي واحد على مكرر الأقمار الصناعية ، والآخر في مرحلة الهبوط ، ينزل على الجانب البعيد من القمر.
توضيح: chinaspaceflight.com.يتم النظر في إمكانية تسليم حمولة طويلة للغاية على كلا الجهازين. ثم سيحصلون على مقياس تداخل لاسلكي بقواعد طويلة جدًا ، على غرار RadioAstron ، فقط في نطاق الطول الموجي الطويل جدًا. ستقوم الصين بتحديد موقع المكرر فقط عند نقطة Lagrange-2 لنظام الأرض والقمر مع المزايا والعيوب المعروفة لهذه النقطة ، والتي تحدثنا عنها بالفعل. هذا العمل جار بالفعل.
شكرًا لك على مساعدتك في تحضير مادة ميخائيل موغيليفسكي ، رئيس مختبر فيزياء عمليات الغلاف المغناطيسي في معهد أبحاث الفضاء التابع للأكاديمية الروسية للعلوم .