Mondscheinfenster zum Universum

In einem Gespräch mit dem Astrophysiker Yuri Kovalev (Lebedev Physical Institute) über die Erfolge und Perspektiven des RadioAstron-Projekts haben wir das Thema Mond angesprochen. Es stellte sich heraus, dass sie der Radioastronomie neue Möglichkeiten verspricht, mit denen Sie sehen können, wo sonst niemand hingeschaut hat. Leonid Gurvits vom Gemeinsamen Institut für VLBI in Europa und Mikhail Mogilevsky vom IKI RAS diskutierten gemeinsam über die Vorteile des Mondprogramms für die Radioastronomie.

Yuri Kovalev , Leiter des Labors für extragalaktische Radioastronomie des Astro Space Center des Physikalischen Instituts PN Lebedev der Russischen Akademie der Wissenschaften



- Was halten Sie von der Idee, eine Basis auf dem Mond aufzubauen?

- Kurz gesagt, Sie müssen ein Funkobservatorium auf dem Mond bauen, aber nur deshalb zum Mond zu gehen ist nicht ernst - es ist zu teuer. Wenn jedoch eine strategische Entscheidung getroffen wird, dass Russland eine Mondbasis errichtet, sage ich: Es ist ein Verbrechen, kein langwelliges Radioteleskop auf den Mond zu bringen. Der ultralange Wellenlängenbereich ist das einzige Fenster im elektromagnetischen Spektrum, das noch nicht geöffnet wurde. Ultralange Wellen wandern nicht vom Weltraum zur Erde, sondern werden von der Ionosphäre reflektiert. Dementsprechend muss ein Teleskop außerhalb der Erde platziert werden. Sie können einen kostenlosen Flyer auf einen Satelliten setzen, Sie können auf den Mond setzen. Im Prinzip wird der Mond teurer. Wenn es dort bereits eine Basis gibt, ist es möglich und notwendig, ein Teleskop zu installieren, das sehr lange funktioniert.

- Und warum setzen sie keine Satelliten ein?

- Sie können Satelliten einschalten, aber Sie verstehen, dass es sich um große Größen und eine große Anzahl von Strahlungsempfängern handelt. Die Wellenlänge beträgt etwa zwanzig Meter. Und wie lange wird dieser Satellit leben? Gleichzeitig muss das Teleskop auf dem Mond nicht einmal gewartet werden. Streuen Sie den Draht einfach über die Oberfläche. Warum der Mond? Das Problem ist nicht nur, den Satelliten einzuschalten, sondern dass wir uns vor Erdstörungen schützen müssen - es ist in diesem Bereich sehr heiß.

- Sie müssen also auf dem Rücken bauen?

- Ja, der Mond wird hier als Schutz eines ultralangen Wellenradioteleskops vor Erdstrahlung angesehen. Es sollte entweder auf dem Rücken oder in Kratern an den Polen platziert werden. Die Aufgabe wird natürlich darin bestehen, Daten zur Erde zu übertragen. Wenn Sie sich auf die andere Seite des Mondes stellen, benötigen Sie einen Repeater, und höchstwahrscheinlich handelt es sich um einen Satelliten. Wenn Sie die Stangen aufsetzen, können Sie den Repeater am Rand des Kraters anbringen. Optionen werden diskutiert, einschließlich der Implementierung eines Teleskops auf einem Satelliten, der um den Mond fliegt. Dann wird das Teleskop zeitweise vom Mond von der Erde geschlossen und macht Beobachtungen. Und dementsprechend werden beim Öffnen Daten auf die Erde übertragen.

Während dies auf der Ebene der Ideen diskutiert wird, die durchdacht und ausgearbeitet werden müssen. Dies ist das letzte ungeöffnete Fenster des elektromagnetischen Spektrums bei der Untersuchung des Universums.



Ein paar Worte zu möglichen wissenschaftlichen Problemen. Wir beginnen mit einer Untersuchung der sogenannten Ära der Sekundärionisation. Dies ist ein weiterer potenzieller Nobelpreis, aufgrund dessen die langwellige Radioastronomie in den letzten Jahren einen starken Impuls für die Entwicklung und das Interesse der Weltgemeinschaft erhalten hat. Die Untersuchung der Wasserstoffstrahlung aus verschiedenen kosmologischen Entfernungen im Universum ermöglicht es Ihnen, eine dreidimensionale Karte des Universums in einer Linie aus neutralem Wasserstoff zu erstellen. Je weiter der Wasserstoff entfernt ist, desto länger ist die Welle. Für den Wert der Kosmologie ist dies vergleichbar mit Reliktstrahlung.


ESA Planck Space Telescope und sein CMB.

LOFAR, SKA und andere Projekte untersuchen die Ära der Sekundärionisation und kartieren neutralen Wasserstoff bei kürzeren Wellenlängen. Für diese Aufgabe ist es auch nützlich, ein ultralangwelliges Radioteleskop zu haben.

Vergessen Sie nicht, dass jedes neue Fenster im elektromagnetischen Spektrum seine Überraschungen brachte - Ergebnisse, die nicht im Voraus vorhergesagt werden können. Ich hoffe, dass das letzte „Fenster“, über das wir sprechen, keine Ausnahme sein wird.

- Sie haben den Mond-Satelliten erwähnt. Für mich ist dieses Thema nah. Ist es Ihrer Meinung nach auf der Mikrosatellitenskala möglich, zumindest einen Prototyp eines solchen Teleskops zu implementieren?

- Wenn Ihr Mond Mikrosatellitkönnte eine Art Dipol oder ein schwierigeres Messsystem hervorbringen, wäre es möglicherweise nützlich. Eine wichtige Frage ist, inwieweit die internen Störungen des Geräts den Betrieb des Teleskops beeinträchtigen. Analyse erforderlich.

- Wir werden darüber nachdenken, was passiert. Vielen Dank!
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Leiter der Abteilung Weltraumforschung des Gemeinsamen Instituts für VLBI in Europa
Leonid Hurwitz.



- Die für die Mikrowellenradioastronomie erforderliche Ausrüstung ist relativ einfach. Ein Radioastronomieempfänger für Frequenzen in diesem Bereich (Frequenzen unter 10-15 Megahertz) kann von einem Schulfunkamateur gelötet werden. Es ist ziemlich billig. Und die Informationsmenge ist grob gesagt proportional zur Trägerfrequenz. Der Datenstrom ist relativ klein, ein modernes digitales System kann damit umgehen. Antennensysteme sind trotz ihrer Größe - ziemlich groß - sehr einfach. Es können nur Drähte sein, die auf der Oberfläche verlegt sind.

- Und wie lange sollen sie sein?

- Yuri Kovalev hat bereits erwähnt: Die Wellenlänge beträgt ungefähr 20 Meter, daher sollte die Größe der Antenne nicht geringer sein. Gleichzeitig gibt es moderne Technologien, die die Antenne viel kleiner machen. Zum Beispiel arbeiten Mobiltelefone bei einer Wellenlänge von 20 cm, obwohl Antennen dieser Größe nicht mitgeführt werden. Sie haben aktive Antennen und die gleichen Technologien können im Weltraum eingesetzt werden. Für die Mondoberfläche ist es jedoch möglicherweise nicht erforderlich, sich auf der Mondoberfläche oder sogar im Weltraum abzuwickeln. Eine Spule mit einem sehr dünnen Draht ist nicht schwierig. Es gibt keinen grundlegenden Unterschied zwischen dem Satelliten und der Oberfläche.

Ein Satellit ist rentabler, weil die Landung auf der Mondoberfläche jeglicher Art von Nutzlast ein kompliziertes und teures Geschäft ist. Der Mond hat einen großen Vorteil - er ist vor künstlichen Störungen geschützt. Ein Satellit in einer niedrigen Umlaufbahn um den Mond in einem bestimmten Teil seiner Umlaufbahn wird vom Mond von der Erde verdeckt, und dies kann verwendet werden. Daher ist ein Satellit billiger als ein stationäres Mondobservatorium. Auf der anderen Seite, da wir fliegen werden, um den Mond zu erkunden, wird diese Arbeit die Lieferung von Tonnen Fracht erfordern, und es ist nicht schwierig, ihnen einige zehn Kilogramm Nutzlast für die Radioastronomie hinzuzufügen. Und der Effekt wird kolossal sein. Ich denke, ein oder zwei Nobelpreise sind in der Super-Langwellen-Radioastronomie versteckt. Dies ist bereits praktisch das Gesetz: Wenn sich ein Parameter der Forschungseinrichtung um eine Größenordnung oder Größenordnungen verbessert oder die Arbeit in einem völlig neuen Zustand beginnt,ein unbebautes Gebiet, dann garantiert Entdeckungen, die schwer vorherzusagen sind. Dies gilt voll und ganz für unser Thema.

Wenn es bemannte Flüge zum Mond gibt und dies definitiv der Fall ist, ist es unentschuldbar, diese Gelegenheit nicht zu nutzen, um dort ein extra langwelliges Radioteleskop einzusetzen. Im zukünftigen Mondprogramm wird die Radioastronomie ein vorübergehender Passagier sein, und im Weltraum können Sie ein unabhängiges Observatorium einrichten. Die wissenschaftliche Motivation ist dieselbe, aber der Vorteil des Satelliten besteht darin, dass es möglich ist, einen Schwarm von Mikrosatelliten zu erzeugen, in dem jedes Gerät ein Antennenelement trägt, einfaches Licht. Dieser Satellitenschwarm kann irgendwo im Schatten des Mondes platziert werden, beispielsweise am Lagrange-2-Punkt des Erd-Mond-Systems. Dieser Punkt befindet sich jenseits des Mondes, dort werden die Satelliten vor künstlichen Störungen geschützt. Das Platzieren an dieser Stelle weist eine Reihe von Einschränkungen auf. Ein Punkt ist eine so ideale Position, dass ein Satellit an diesem Punkt die sogenannte Position ausführt"Lissajous Figuren", und nur in einigen Phasen seiner Bewegung erscheint es im Schatten des Mondes.



Sie können diesen Schwarm in eine niedrige Mondumlaufbahn bringen. Dann wird dieser Schwarm einen Teil seiner Umlaufbahn im Kegel des Erdschattens verbringen. Solche Optionen werden erwogen, ein spezifisches Projekt wird in China entwickelt. Sie könnten darüber nachdenken, irgendwo sehr, sehr weit weg ein Super-Langwellen-Observatorium zu eröffnen. Bisher wird diese vom Menschen verursachte Störung durch die Erde aufgrund der Entfernung vernachlässigbar sein. Aber du musst ziemlich weit fliegen. Denken Sie daran, dass das Raumschiff auf dem Begrüßungsbildschirm des Films „Kontakt“ von der Erde wegfliegt und zunächst stark gestört wird, sich dann immer weiter bewegt und die Ausbreitung des Signals länger dauert. Schließlich fangen sie die erste Sendung der Olympischen Spiele 1936 in Berlin ab, dann die ersten Funksignale - und die Stille. Schweigen kommt also aus zwei Gründen: Erstens sind sie so weit geflogen,was sich praktisch in der Zeit bewegte, und zweitens beeinflusst der Abstandsfaktor. Der Abstand ist proportional zum Quadrat im Nenner. Das heißt, wenn Sie zehnmal in den Ruhestand gegangen sind, hat sich die Intensität der Interferenz um das Hundertfache verringert. Nachdem wir uns zehnmal weiter als bis zum Mond zurückgezogen haben, werden wir die Störung um das Hundertfache reduzieren. Wenn wir hundertmal abreisen, reduzieren wir die Störung um zehntausend.

Dementsprechend haben wir drei Methoden: auf der Oberfläche der anderen Seite des Mondes, auf einem Mond-Satelliten oder sehr weit weg. Derzeit gibt es keine Möglichkeit, in der realen Entwicklung sehr weit zu fliegen. Und es gibt eine Option auf dem Mond und auf dem Mond-Satelliten. Dies geschieht durch chinesische Kollegen im Rahmen des Chang'e-Programms. In Russland wird das Mondprogramm jetzt ebenfalls wiederbelebt, es gibt Projekte des „Mondes-25“, -26, -27, -28 ... Leider hat bisher keines dieser Geräte eine Nutzlast für die ultralangwellige Radioastronomie. Dies ist bedauerlich, da es im Wettlauf um Entdeckungen in diesem Bereich möglich wäre, „die Ecke zu schneiden“. In Bezug auf Technologie und Kosten ist dies relativ einfach. Der Bau eines solchen ultralangen Wellenradioteleskops ist viel, viel billiger als der von Radioastron oder anderen aus der Spectrum-Serie. Die Nutzlast ist einfach, billig,aber garantiert bedeutende Entdeckungen zu bringen.

Wenn wir über einen Testsatelliten sprechen, der für unsere Zwecke geeignet wäre, würde ein Gerät mit einem Gewicht von mehreren Kilogramm ausreichen. Wir haben eine für unsere Zwecke geeignete Antenne entwickelt, die kein Dipol, sondern ein Tripol ist. Dies ist eine Symbiose aus einem herkömmlichen Dipol und einer aktiven Antenne mit einem Verstärker, einem Analog-Digital-Wandler und einem mehrere Kilogramm schweren Verarbeitungs- und Übertragungssystem. Die Abmessungen wurden wie bei einem kleinen Fotostativ erhalten. Wenn so etwas in eine Mondumlaufbahn geworfen wird, kann es dort unabhängig funktionieren.

Kennen Sie die chinesische Organisation Harbin University of Technology? Sie arbeiten aktiv mit CNSA an einem ähnlichen Projekt und versuchen, dies in Chang'e einzufügen. Darüber hinaus werden im Rahmen des Chang'e-Programms Antennen für zwei Chang'e-Geräte entwickelt. Eine Antenne am Satelliten-Repeater und die andere auf dem Landungssteg landen auf der anderen Seite des Mondes.


Abbildung: chinaspaceflight.com.

Die Möglichkeit, auf beiden Geräten eine extrem lange Nutzlast zu liefern, wird in Betracht gezogen. Dann erhalten sie ein Funkinterferometer mit extra langen Basen, ähnlich wie RadioAstron, nur im extra langen Wellenlängenbereich. China wird den Repeater direkt am Lagrange-2-Punkt des Erd-Mond-Systems mit den bekannten Vor- und Nachteilen dieses Punktes platzieren, über die wir bereits gesprochen haben. Diese Arbeit ist bereits im Gange.

Vielen Dank für Ihre Hilfe bei der Vorbereitung des Materials von Mikhail Mogilevsky, Leiter des Labors für Physik magnetosphärischer Prozesse am Weltraumforschungsinstitut der Russischen Akademie der Wissenschaften .

Source: https://habr.com/ru/post/de401901/