Ventana de luz de luna al universo

En una conversación con el astrofísico Yuri Kovalev (Lebedev Physical Institute) sobre los logros y las perspectivas del proyecto RadioAstron, tocamos el tema de la luna. Resultó que ella promete nuevas oportunidades de radioastronomía que le permitirán mirar donde nadie más ha mirado. Leonid Gurvits del Instituto Conjunto para VLBI en Europa y Mikhail Mogilevsky de IKI RAS se unieron a la discusión de los beneficios del programa lunar para radioastronomía.

Yuri Kovalev , Jefe del Laboratorio de Radioastronomía Extragaláctica del Centro Espacial Astro del Instituto Físico PN Lebedev de la Academia de Ciencias de Rusia



- ¿Qué le parece la idea de construir una base en la luna?

- En resumen, necesitas construir un observatorio de radio en la luna, pero ir a la luna solo por eso no es serio: es demasiado costoso. Sin embargo, si se toma una decisión estratégica de que Rusia está construyendo una base lunar, diré: no poner un radiotelescopio de onda larga en la luna es un delito. El rango de longitud de onda ultra larga es la única ventana en el espectro electromagnético que aún no se ha abierto. Las ondas ultralargas no pasan del espacio a la Tierra; se reflejan desde la ionosfera; en consecuencia, se debe colocar un telescopio fuera de la Tierra. Puedes poner un volante gratis en un satélite, puedes ponerlo en la luna. En principio, la luna será más cara. Por otro lado, si ya hay una base allí, entonces es posible y necesario instalar un telescopio que funcionará durante mucho tiempo.

- ¿Y por qué no se ponen satélites?

- Puedes poner satélites, pero entiendes que estamos hablando de grandes tamaños y una gran cantidad de receptores de radiación. La longitud de onda es de unos veinte metros. ¿Y cuánto tiempo vivirá ese satélite? Al mismo tiempo, ni siquiera es necesario reparar el telescopio en la luna. Simplemente "esparza" el cable sobre la superficie. ¿Por qué la luna? El problema no es solo poner el satélite, sino que necesitamos protegernos de la interferencia de la Tierra: hace mucho calor en este rango.

- Es decir, ¿necesitas construir en la parte de atrás?

- Sí, la Luna se considera aquí como una protección de un radiotelescopio de onda ultra larga de la radiación terrestre. Debe colocarse en la parte posterior o en cráteres en los polos. Naturalmente, la tarea será transferir datos a la Tierra. Si se coloca al otro lado de la luna, necesita un repetidor, y lo más probable es que sea un satélite. Si coloca los postes, puede colocar el repetidor en el borde del cráter. Se discuten las opciones, incluida la implementación de un telescopio en un satélite que vuela alrededor de la luna. Luego, parte del tiempo, la Luna cierra el telescopio desde la Tierra y hace observaciones. Y, en consecuencia, cuando se abre, descarga datos a la Tierra.

Si bien esto se está discutiendo a nivel de ideas que necesitan ser pensadas y elaboradas. Esta es la última ventana restante sin abrir del espectro electromagnético en el estudio del Universo.



Algunas palabras sobre posibles problemas científicos. Comenzamos con un estudio de la llamada era de la ionización secundaria. Este es otro posible Premio Nobel, debido a que la radioastronomía de onda larga en los últimos años ha recibido un fuerte impulso en el desarrollo e interés de la comunidad mundial. El estudio de la radiación de hidrógeno desde diferentes distancias cosmológicas en el universo le permite construir un mapa tridimensional del universo en una línea de hidrógeno neutro. Cuanto más lejos esté el hidrógeno, más larga será la ola. Por valor para la cosmología, esto es comparable a la radiación reliquia.


Telescopio espacial Planck de la ESA y su CMB.

LOFAR, SKA y otros proyectos están estudiando la era de la ionización secundaria y el mapeo de hidrógeno neutro en longitudes de onda más cortas. Para esta tarea, también será útil tener un radiotelescopio de onda ultra larga.

No olvide que cada nueva ventana en el espectro electromagnético trajo sus sorpresas, resultados que no se pueden predecir de antemano. Espero que la última "ventana" que estamos discutiendo no sea una excepción.

- Mencionaste el satélite lunar. Para mí, este tema está cerca. En su opinión, en la escala de microsatélites, ¿es posible implementar al menos un prototipo de dicho telescopio?

- Si tu microsatélite lunarpodría sacar algún tipo de dipolo o un sistema de medición más complicado, sería potencialmente útil. Una pregunta importante es cuánto interferirá la interferencia interna del aparato con el funcionamiento del telescopio. Análisis requerido.

- Pensaremos en lo que sucede. Gracias
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Jefe de la División de Investigación Espacial del Instituto Conjunto para VLBI en Europa
Leonid Hurwitz.



- El equipo necesario para la radioastronomía de microondas es relativamente simple. Un radioaficionado escolar puede soldar un receptor de radioastronomía para frecuencias en este rango (frecuencias inferiores a 10-15 megahercios). Es bastante barato Y la cantidad de información, en términos generales, es proporcional a la frecuencia de la portadora. El flujo de datos es relativamente pequeño, un sistema digital moderno puede manejarlo. Los sistemas de antena, a pesar de su tamaño, bastante grandes, son muy simples. Pueden ser solo cables tendidos en la superficie.

- ¿Y cuánto tiempo deberían ser?

- Yuri Kovalev ya lo mencionó: la longitud de onda es de unos 20 metros, por lo que el tamaño de la antena no debería ser menor. Al mismo tiempo, existen tecnologías modernas que hacen que la antena sea mucho más pequeña. Por ejemplo, los teléfonos celulares funcionan a una longitud de onda de 20 cm, aunque no se llevan antenas de este tamaño. Tienen antenas activas, y las mismas tecnologías se pueden usar en el espacio. Pero para la superficie lunar, puede que no sea necesario relajarse en la superficie de la luna o incluso en el espacio exterior, una bobina con un cable muy delgado no será difícil. No hay diferencia fundamental entre el satélite y la superficie.

Un satélite es más rentable porque aterrizar en la superficie de la luna de cualquier tipo de carga útil es un negocio complicado y costoso. La luna tiene una gran ventaja: está protegida de la interferencia provocada por el hombre. Un satélite en órbita baja alrededor de la luna en una cierta parte de su órbita está oscurecido por la luna desde la tierra, y esto se puede usar. Por lo tanto, un satélite es más barato que un observatorio lunar estacionario. Por otro lado, dado que volaremos para explorar la Luna, este trabajo requerirá la entrega de toneladas de carga, añadiéndoles algunas decenas de kilogramos de carga útil para radioastronomía no es difícil. Y el efecto será colosal. Creo que uno o dos Premios Nobel están ocultos en la radioastronomía de onda súper larga. Esto ya es prácticamente la ley: si algún parámetro de la instalación de investigación mejora en un orden u órdenes de magnitud, o el trabajo comienza de una manera completamente nueva,En un área no desarrollada, se garantiza que habrá descubrimientos que son difíciles de predecir. Esto se aplica completamente a nuestro tema.

Si hay vuelos tripulados a la luna, y definitivamente lo harán, será inexcusable no aprovechar esta oportunidad para desplegar allí un radiotelescopio de onda extralarga. Entonces, en el futuro programa lunar, la radioastronomía será un pasajero pasajero, y en el espacio exterior puede crear un observatorio independiente. La motivación científica es la misma, pero la ventaja del satélite es que es posible crear un enjambre de microsatélites en los que cada dispositivo lleva un elemento de antena, simple, ligero. Este enjambre de satélites se puede colocar en algún lugar a la sombra de la luna, por ejemplo, en el punto Lagrange-2 del sistema Tierra-Luna. Este punto se encuentra más allá de la luna, allí los satélites estarán protegidos de la interferencia provocada por el hombre. Colocar en este punto tiene una serie de limitaciones. Un punto es una posición ideal, de hecho, un satélite en este punto realiza la llamada"Figuras de Lissajous", y solo en algunas etapas de su movimiento aparece a la sombra de la luna.



Puedes colocar este enjambre en una órbita lunar baja. Entonces este enjambre pasará una parte de su órbita en el cono de la sombra de la Tierra. Se están considerando tales opciones, se está desarrollando un proyecto específico en China. Puede pensar en lanzar un observatorio de ondas súper largas en algún lugar muy, muy lejos. Hasta ahora, la interferencia provocada por el hombre desde la Tierra será insignificante debido a la distancia. Pero tienes que volar bastante lejos. Recuerde, en la pantalla de bienvenida de la película "Contacto", la nave espacial vuela lejos de la Tierra, y al principio hay mucha interferencia a su alrededor, luego se mueve cada vez más y la señal tarda más en propagarse. Finalmente interceptan la primera transmisión de los Juegos Olímpicos de Berlín de 1936, luego las primeras señales de radio, y el silencio. Entonces, el silencio se debe a dos factores: en primer lugar, volaron tan lejos,que prácticamente se movió en el tiempo y, en segundo lugar, afecta el factor de distancia. La distancia es proporcional al cuadrado en el denominador. Es decir, si se retiró diez veces, entonces la intensidad de la interferencia disminuyó cien veces. Habiendo retirado diez veces más que la luna, reduciremos la interferencia en cien veces. Si nos vamos cien veces, reducimos la interferencia en diez mil.

En consecuencia, tenemos tres métodos: en la superficie del lado lejano de la luna, en un satélite lunar o muy lejos. No hay opción de volar muy lejos en el desarrollo real en este momento. Y hay una opción en la luna y en el satélite lunar. Esto lo hacen colegas chinos en el marco del programa Chang'e. En Rusia, el programa lunar también se está reviviendo ahora, hay proyectos de la "Luna-25", -26, -27, -28 ... Desafortunadamente, hasta ahora ninguno de estos dispositivos tiene una carga útil para la radioastronomía de onda ultra larga. Esto es lamentable, ya que permitiría "cortar la esquina" en la carrera por los descubrimientos en este rango. En términos de tecnología y costo, esto es relativamente sencillo. Construir un radiotelescopio de onda ultralarga es mucho, mucho más barato que Radioastron u otros de la serie Spectrum. La carga útil es simple, barata,pero garantizado para traer descubrimientos significativos.

Si hablamos de un satélite de prueba que sería adecuado para nuestros propósitos, un dispositivo que pese varios kilogramos sería suficiente. Desarrollamos una antena que es adecuada para nuestros propósitos, que no es un dipolo, sino un trípode. Esta es una simbiosis de un dipolo convencional y una antena activa con un amplificador, un convertidor de analógico a digital y un sistema de procesamiento y transmisión extraído varios kilogramos. Las dimensiones se obtuvieron como un pequeño trípode fotográfico. Si tal cosa se lanza en una órbita lunar, entonces puede funcionar allí de forma independiente.

¿Conoces la organización china Harbin University of Technology? Trabajan activamente con CNSA en un proyecto similar, y están tratando de insertar esto en Chang'e. Además, como parte del programa Chang'e, se están desarrollando antenas en dos dispositivos Chang'e. Una antena en el repetidor de satélite, y la otra en la plataforma de aterrizaje, aterrizando en el otro lado de la luna.


Ilustración: chinaspaceflight.com.

Se está considerando la posibilidad de entregar una carga útil súper larga en ambos dispositivos. Luego obtendrán un radio interferómetro con bases extra largas, similar a RadioAstron, solo en el rango de longitud de onda extra larga. China ubicará el repetidor justo en el punto Lagrange-2 del sistema Tierra-Luna con las ventajas y desventajas conocidas de este punto, que ya hemos discutido. Este trabajo ya está en marcha.

Gracias por su ayuda en la preparación del material de Mikhail Mogilevsky, jefe del laboratorio de física de procesos magnetosféricos en el Instituto de Investigación Espacial de la Academia de Ciencias de Rusia .

Source: https://habr.com/ru/post/es401901/