Dans une conversation avec l'astrophysicien Yuri Kovalev (Lebedev Physical Institute) sur les
réalisations et les
perspectives du projet RadioAstron, nous avons abordé le sujet de la lune. Il s'est avéré qu'elle promet à la radioastronomie de nouvelles opportunités qui vous permettront de regarder où personne d'autre n'a regardé. Leonid Gurvits de l'Institut mixte pour l'IVBL en Europe et Mikhail Mogilevsky d'IKI RAS se sont joints à la discussion sur les avantages du programme lunaire pour la radioastronomie.
Yuri Kovalev, chef du laboratoire de radioastronomie extragalactique du Centre spatial Astro de l'Institut physique PN Lebedev de l'Académie russe des sciences
- Que pensez-vous de l'idée de construire une base sur la lune?- En bref, vous devez construire un observatoire radio sur la lune, mais aller sur la lune juste pour cela n'est pas grave - c'est trop cher. Cependant, si une décision stratégique est prise que la Russie construit une base lunaire, je dirai: ne pas mettre un radiotélescope à ondes longues sur la lune est un crime. La gamme de longueurs d'onde ultra-longue est la seule fenêtre du spectre électromagnétique qui n'a pas encore été ouverte. Les ondes ultra-longues ne passent pas de l'espace à la Terre; elles sont réfléchies par l'ionosphère; en conséquence, un télescope doit être placé à l'extérieur de la Terre. Vous pouvez mettre un dépliant gratuit sur un satellite, vous pouvez mettre sur la lune. En principe, la lune sera plus chère. D'un autre côté, s'il y a déjà une base là-bas, alors il est possible et nécessaire d'installer un télescope qui fonctionnera très longtemps.
- Et pourquoi ne mettent-ils pas des satellites?- Vous pouvez mettre des satellites, mais vous comprenez que nous parlons de grandes tailles et d'un grand nombre de récepteurs de rayonnement. La longueur d'onde est d'une vingtaine de mètres. Et combien de temps ce satellite va-t-il vivre? En même temps, le télescope sur la lune n'a même pas besoin d'être réparé. Il suffit de «disperser» le fil sur la surface. Pourquoi la lune? Le problème n'est pas seulement de mettre le satellite, mais aussi de se protéger des interférences de la Terre - il fait très chaud dans cette gamme.
- Autrement dit, vous devez construire sur le côté arrière?- Oui, la Lune est considérée ici comme une protection d'un radiotélescope à ultra-longues ondes contre le rayonnement de la Terre. Il doit être placé sur le dos ou dans des cratères aux pôles. Naturellement, la tâche sera de transférer des données vers la Terre. Si vous placez de l'autre côté de la lune, vous avez besoin d'un répéteur, et ce sera probablement un satellite. Si vous mettez les pôles, vous pouvez mettre le répéteur sur le bord du cratère. Des options sont discutées, notamment la mise en place d'un télescope sur un satellite volant autour de la lune. Ensuite, une partie du temps, le télescope est fermé par la Lune de la Terre et fait des observations. Et, en conséquence, lorsqu'il s'ouvre, il transfère des données sur Terre.
Pendant que cela est discuté au niveau des idées qui doivent être réfléchies et élaborées. Il s'agit de la dernière fenêtre non ouverte restante du spectre électromagnétique dans l'étude de l'Univers.
Quelques mots sur d'éventuels problèmes scientifiques. Nous commençons par une étude de la soi-disant ère de l'ionisation secondaire. Il s'agit d'un autre prix Nobel potentiel, grâce auquel la radioastronomie à ondes longues a reçu ces dernières années une forte impulsion dans le développement et l'intérêt de la communauté mondiale. L'étude du rayonnement hydrogène de différentes distances cosmologiques dans l'univers vous permet de construire une carte tridimensionnelle de l'univers dans une ligne d'hydrogène neutre. Plus l'hydrogène est éloigné, plus l'onde est longue. En valeur pour la cosmologie, cela est comparable au rayonnement relique.
Télescope spatial Planck de l'ESA et son CMB.LOFAR, SKA et d'autres projets étudient l'ère de l'ionisation secondaire et cartographient l'hydrogène neutre à des longueurs d'onde plus courtes. Pour cette tâche, il sera également utile de disposer d'un radiotélescope à ondes ultra-longues.
N'oubliez pas que chaque nouvelle fenêtre du spectre électromagnétique a apporté ses surprises - des résultats imprévisibles à l'avance. J'espère que la dernière «fenêtre» dont nous discutons ne fera pas exception.
- Vous avez mentionné le satellite lunaire. Pour moi, ce sujet est proche. A votre avis, à l'échelle des microsatellites, est-il possible de mettre en œuvre au moins un prototype d'un tel télescope?"Si
votre microsatellite lunaire peut faire apparaître une sorte de dipôle ou un système de mesure plus délicat, ce serait potentiellement utile." Une question importante est de savoir dans quelle mesure les interférences internes de l'appareil interféreront avec le fonctionnement du télescope. Analyse requise.
- Nous réfléchirons à ce qui se passe. Je vous remercie!_____________________________________________________
Responsable de la recherche spatiale, Institut mixte pour VLBI en Europe
Leonid Hurwitz.
- L'équipement nécessaire à la radioastronomie micro-ondes est relativement simple. Un récepteur de radioastronomie pour des fréquences dans cette gamme (fréquences inférieures à 10-15 mégahertz) peut être soudé par un radio-amateur d'école. C'est assez bon marché. Et la quantité d'informations, en gros, est proportionnelle à la fréquence porteuse. Le flux de données est relativement petit, un système numérique moderne peut le gérer. Les systèmes d'antennes, malgré leur taille - plutôt grande - sont très simples. Il peut s'agir uniquement de fils disposés en surface.
- Et combien de temps devraient-ils être?- Yuri Kovalev a déjà mentionné: la longueur d'onde est d'environ 20 mètres, donc la taille de l'antenne ne devrait pas être inférieure. En même temps, il existe des technologies modernes qui rendent l'antenne beaucoup plus petite. Par exemple, les téléphones portables fonctionnent à une longueur d'onde de 20 cm, bien que les antennes de cette taille ne soient pas transportées. Ils ont des antennes actives et les mêmes technologies peuvent être utilisées dans l'espace. Mais pour la surface lunaire, il peut ne pas être nécessaire de se détendre à la surface de la lune ou même dans l'espace, une bobine avec un fil très fin ne sera pas difficile. Il n'y a pas de différence fondamentale entre le satellite et la surface.
Un satellite est plus rentable car l'atterrissage à la surface de la lune de tout type de charge utile est une entreprise compliquée et coûteuse. La lune a un avantage majeur - elle est protégée contre les interférences d'origine humaine. Un satellite en orbite basse autour de la lune dans une certaine partie de son orbite est obscurci par la lune depuis la terre, et cela peut être utilisé. Par conséquent, un satellite est moins cher qu'un observatoire lunaire fixe. D'un autre côté, puisque nous prendrons l'avion pour explorer la Lune, ce travail nécessitera la livraison de tonnes de fret, en y ajoutant quelques dizaines de kilogrammes de charge utile pour la radioastronomie n'est pas difficile. Et l'effet sera colossal. Je pense qu'un ou deux prix Nobel sont cachés dans la radioastronomie à très grandes ondes. C'est déjà pratiquement la loi: si certains paramètres de la configuration de la recherche s'améliorent d'un ordre ou de plusieurs ordres de grandeur, ou si le travail commence dans une zone complètement nouvelle et non développée, alors il y aura des découvertes garanties difficiles à prévoir. Cela s'applique pleinement à notre sujet.
S'il y a des vols habités vers la Lune, et ils le seront certainement, il sera inexcusable de ne pas profiter de cette occasion pour y déployer un radiotélescope à ondes extra-longues. Ainsi, dans le futur programme lunaire, la radioastronomie sera un passager de passage, et dans l'espace, vous pourrez créer un observatoire indépendant. La motivation scientifique est la même, mais l'avantage du satellite est que vous pouvez créer un essaim de microsatellites dans lequel chaque appareil porte un élément d'antenne, simple, léger. Cet essaim de satellites peut être placé quelque part dans l'ombre de la lune, par exemple, au point Lagrange-2 du système Terre-Lune. Ce point est situé au-delà de la lune, là où les satellites seront protégés des interférences anthropiques. Le placement à ce stade présente un certain nombre de limites. Un point est une telle position idéale, en fait, un satellite à ce point effectue ce qu'on appelle «Figures lissajous», et seulement à certaines étapes de son mouvement, il apparaît à l'ombre de la lune.
Vous pouvez placer cet essaim sur une orbite lunaire basse. Cet essaim passera alors une partie de son orbite dans le cône de l'ombre de la Terre. De telles options sont à l'étude, un projet spécifique est en cours de développement en Chine. Vous pourriez penser à lancer un observatoire à ondes très longues quelque part très, très loin. Jusqu'à présent, les interférences anthropiques de la Terre seront négligeables en raison de la distance. Mais vous devez voler assez loin. Rappelez-vous que dans l'écran de démarrage du film «Contact», le vaisseau spatial s'éloigne de la Terre, et au début il y a beaucoup d'interférences autour de lui, puis il se déplace de plus en plus loin et le signal met plus de temps à se propager. Enfin, ils interceptent la première diffusion des Jeux olympiques de Berlin de 1936, puis les premiers signaux radio - et le silence. Ainsi, le silence est dû à deux facteurs: d'une part, ils ont volé si loin qu'ils se sont déplacés presque à temps, et d'autre part, le facteur de distance affecte. La distance est proportionnelle au carré du dénominateur. Autrement dit, si vous vous retirez dix fois, alors l'intensité de l'interférence a diminué d'une centaine de fois. Après avoir reculé dix fois plus loin que la lune, nous réduirons l'interférence d'une centaine de fois. Si nous partons cent fois, nous réduisons les interférences de dix mille.
En conséquence, nous avons trois méthodes: à la surface de l'autre côté de la lune, sur un satellite lunaire, ou très loin. Il n'y a pas d'option pour aller très loin dans le développement réel en ce moment. Et il y a une option sur la lune et sur le satellite lunaire. Ceci est fait par des collègues chinois dans le cadre du programme Chang'e. En Russie, le programme lunaire est également en train d'être relancé maintenant, il y a des projets de «Moon-25», -26, -27, -28 ... Malheureusement, jusqu'à présent, aucun de ces appareils n'a de charge utile pour la radioastronomie à ultra-longues ondes. C'est regrettable, car cela permettrait de «prendre le virage» dans la course aux découvertes de cette gamme. En termes de technologie et de coût, cela est relativement simple. Construire un tel radiotélescope à ondes ultra-longues est beaucoup, beaucoup moins cher que Radioastron ou d'autres de la série Spectrum. La charge utile est simple, bon marché, mais garantie d'apporter des découvertes importantes.
Si nous parlons d'un satellite d'essai qui conviendrait à nos besoins, alors un appareil pesant plusieurs kilogrammes serait suffisant. Nous avons développé une antenne adaptée à nos besoins, qui n'est pas un dipôle, mais un tripôle. Il s'agit d'une symbiose d'un dipôle conventionnel et d'une antenne active avec un amplificateur, un convertisseur analogique-numérique et un système de traitement et de transmission tiré plusieurs kilogrammes. Les dimensions ont été obtenues comme un petit trépied photo. Si une telle chose est lancée sur une orbite lunaire, elle peut alors fonctionner indépendamment.
Connaissez-vous l'organisation chinoise Harbin University of Technology? Ils travaillent activement avec le CNSA sur un projet similaire, et ils essaient de l'insérer dans Chang'e. De plus, dans le cadre du programme Chang'e, des antennes sont en cours de développement sur deux appareils Chang'e. Une antenne sur le répéteur satellite, et l'autre sur le pont d'atterrissage, atterrissant de l'autre côté de la lune.
Illustration: chinaspaceflight.com.La possibilité de fournir une charge utile très longue sur les deux appareils est à l'étude. Ensuite, ils obtiendront un interféromètre radio avec des bases extra-longues, similaire à RadioAstron, uniquement dans la gamme de longueurs d'onde extra-longue. La Chine va localiser le répéteur juste au point Lagrange-2 du système Terre-Lune avec les avantages et les inconvénients connus de ce point, dont nous avons déjà parlé. Ce travail est déjà en cours.
Merci pour votre aide dans la préparation du matériel de Mikhail Mogilevsky, chef du laboratoire de physique des processus magnétosphériques, Institut de recherche spatiale, RAS