Jendela cahaya bulan ke Semesta

Dalam percakapan dengan ahli astrofisika Yuri Kovalev (Institut Fisika Lebedev) tentang pencapaian dan prospek proyek RadioAstron, kami menyentuh topik bulan. Ternyata dia menjanjikan peluang baru pada astronomi radio yang memungkinkan Anda melihat di mana tidak ada orang lain yang melihatnya. Leonid Gurvits dari Institut Gabungan untuk VLBI di Eropa dan Mikhail Mogilevsky dari IKI RAS bergabung dalam diskusi tentang manfaat program bulan untuk astronomi radio.

Yuri Kovalev , Kepala Laboratorium Astronomi Radio Extragalactic Radio Space Center Astro Institut Fisika PN Lebedev dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia



- Apa pendapat Anda tentang ide membangun pangkalan di bulan?

- Singkatnya, Anda perlu membangun sebuah observatorium radio di bulan, tetapi pergi ke bulan hanya untuk itu tidak serius - itu terlalu mahal. Namun, jika keputusan strategis dibuat bahwa Rusia sedang membangun pangkalan bulan, saya akan mengatakan: tidak menempatkan teleskop radio gelombang panjang di bulan adalah kejahatan. Rentang panjang gelombang ultra-panjang adalah satu-satunya jendela dalam spektrum elektromagnetik yang belum dibuka. Gelombang ultra-panjang tidak berpindah dari ruang angkasa ke Bumi, mereka tercermin dari ionosfer, karenanya, sebuah teleskop harus diletakkan di luar Bumi. Anda bisa meletakkan selebaran gratis di satelit, Anda bisa meletakkan di bulan. Pada prinsipnya, bulan akan lebih mahal. Di sisi lain, jika sudah ada pangkalan di sana, maka mungkin dan perlu untuk memasang teleskop yang akan bekerja untuk waktu yang sangat lama.

- Dan mengapa mereka tidak memakai satelit?

- Anda dapat memakai satelit, tetapi Anda mengerti bahwa kita berbicara tentang ukuran besar dan sejumlah besar penerima radiasi. Panjang gelombang sekitar dua puluh meter. Dan berapa lama satelit itu hidup? Pada saat yang sama, teleskop di bulan bahkan tidak perlu diservis. Cukup "hamburkan" kawat ke permukaan. Kenapa bulan? Masalahnya bukan hanya pada satelit, tetapi kita perlu melindungi diri kita dari gangguan Bumi - sangat panas dalam kisaran ini.

- Jadi, Anda perlu membangun di belakang?

- Ya, Bulan dianggap di sini sebagai perlindungan dari teleskop radio gelombang ultra-panjang dari radiasi Bumi. Itu harus ditempatkan baik di belakang atau di kawah di kutub. Secara alami, tugasnya adalah mentransfer data ke Bumi. Jika Anda meletakkan jauh di sisi bulan, Anda memerlukan repeater, dan kemungkinan besar itu adalah satelit. Jika Anda memakai kutub, maka Anda bisa meletakkan repeater di tepi kawah. Opsi dibahas, termasuk penerapan teleskop pada satelit yang terbang di sekitar bulan. Kemudian, sebagian waktu, teleskop ditutup oleh Bulan dari Bumi dan melakukan pengamatan. Dan, karenanya, ketika terbuka, ia membuang data ke Bumi.

Sementara ini sedang dibahas pada tingkat ide yang perlu dipikirkan dan dikerjakan. Ini adalah jendela terakhir yang belum dibuka dari spektrum elektromagnetik dalam studi Universe.



Beberapa kata tentang kemungkinan masalah ilmiah. Kita mulai dengan studi tentang apa yang disebut era ionisasi sekunder. Ini adalah satu lagi Hadiah Nobel potensial, karena itu astronomi radio gelombang panjang dalam beberapa tahun terakhir telah menerima dorongan kuat dalam pengembangan dan minat masyarakat dunia. Studi tentang radiasi hidrogen dari jarak kosmologis yang berbeda di alam semesta memungkinkan Anda untuk membangun peta tiga dimensi alam semesta dalam garis hidrogen netral. Semakin jauh hidrogen, maka semakin lama pula gelombangnya. Dengan nilai untuk kosmologi, ini sebanding dengan radiasi peninggalan.


ESA Planck Space Telescope dan CMB-nya.

LOFAR, SKA, dan proyek lainnya sedang mempelajari era ionisasi sekunder dan pemetaan hidrogen netral pada panjang gelombang yang lebih pendek. Untuk tugas ini, akan berguna untuk memiliki teleskop radio gelombang panjang.

Jangan lupa bahwa setiap jendela baru dalam spektrum elektromagnetik membawa kejutan - hasil yang tidak dapat diprediksi sebelumnya. Saya berharap "jendela" terakhir yang kita diskusikan tidak akan menjadi pengecualian.

- Anda menyebutkan satelit bulan. Bagi saya, topik ini sudah dekat. Menurut Anda, pada skala mikrosatelit, apakah mungkin untuk mengimplementasikan setidaknya prototipe teleskop semacam itu?

- Jika mikrosatelit bulan Andamungkin mengeluarkan semacam dipol atau sistem pengukuran yang lebih rumit, itu akan berpotensi berguna. Sebuah pertanyaan penting adalah seberapa besar gangguan internal peralatan akan mengganggu operasi teleskop. Diperlukan analisis.

- Kami akan memikirkan apa yang terjadi. Terima kasih
_____________________________________________________

Kepala Divisi Penelitian Ruang Angkasa dari Institut Gabungan untuk VLBI di Eropa
Leonid Hurwitz.



- Peralatan yang diperlukan untuk astronomi radio gelombang mikro relatif sederhana. Penerima astronomi radio untuk frekuensi dalam kisaran ini (frekuensi di bawah 10-15 megahertz) dapat disolder oleh amatir radio sekolah. Cukup murah. Dan jumlah informasi, secara kasar, sebanding dengan frekuensi operator. Aliran data relatif kecil, sistem digital modern dapat mengatasinya. Sistem antena, meskipun ukurannya - agak besar - sangat sederhana. Bisa jadi hanya kabel yang diletakkan di permukaan.

- Dan berapa lama mereka seharusnya?

- Yuri Kovalev telah disebutkan: panjang gelombang sekitar 20 meter, sehingga ukuran antena tidak boleh kurang. Pada saat yang sama, ada teknologi modern yang membuat antena jauh lebih kecil. Misalnya, ponsel beroperasi pada panjang gelombang 20 cm, meskipun antena dengan ukuran ini tidak dibawa. Mereka memiliki antena aktif, dan teknologi yang sama dapat digunakan di luar angkasa. Tetapi untuk permukaan bulan, mungkin tidak perlu untuk bersantai di permukaan bulan atau bahkan di luar angkasa, koil dengan kawat yang sangat tipis tidak akan sulit. Tidak ada perbedaan mendasar antara satelit dan permukaan.

Satelit lebih menguntungkan karena mendarat di permukaan bulan dari segala jenis muatan adalah bisnis yang rumit dan mahal. Bulan memiliki keunggulan besar - terlindung dari campur tangan buatan manusia. Satelit di orbit rendah mengelilingi bulan di bagian tertentu orbitnya dikaburkan oleh bulan dari bumi, dan ini bisa digunakan. Oleh karena itu, satelit lebih murah daripada observatorium bulan stasioner. Di sisi lain, karena kita akan terbang untuk menjelajahi Bulan, pekerjaan ini akan membutuhkan pengiriman ton kargo, menambah mereka beberapa puluh kilogram muatan untuk astronomi radio tidak sulit. Dan efeknya akan sangat besar. Saya pikir satu atau dua Hadiah Nobel tersembunyi dalam astronomi radio gelombang super panjang. Ini sebenarnya sudah menjadi undang-undang: jika beberapa parameter fasilitas penelitian meningkat dengan urutan atau urutan besarnya, atau pekerjaan dimulai dengan yang sama sekali baru,daerah yang belum berkembang, dijamin akan ada penemuan yang sulit diprediksi. Ini sepenuhnya berlaku untuk topik kita.

Jika ada penerbangan berawak ke bulan, dan mereka pasti akan melakukannya, itu tidak bisa dimaafkan untuk tidak menggunakan kesempatan ini untuk menggunakan teleskop radio gelombang ekstra panjang di sana. Jadi dalam program bulan di masa depan, astronomi radio akan menjadi penumpang yang lewat, dan di luar angkasa Anda dapat membuat observatorium independen. Motivasi ilmiahnya sama, tetapi keuntungan satelitnya adalah Anda dapat membuat segerombolan mikrosatelit di mana setiap perangkat membawa satu elemen antena, sederhana, ringan. Kawanan satelit ini dapat ditempatkan di suatu tempat di bayang-bayang bulan, misalnya, di titik Lagrange-2 dari sistem Bumi-Bulan. Titik ini terletak di luar bulan, di sana satelit akan dilindungi dari gangguan buatan manusia. Menempatkan pada titik ini memiliki sejumlah keterbatasan. Suatu titik adalah posisi yang ideal, pada kenyataannya, satelit pada titik ini melakukan apa yang disebut"Figur Lissajous", dan hanya pada beberapa tahap pergerakannya ia muncul di bayang-bayang bulan.



Anda dapat menempatkan gerombolan ini di orbit bulan yang rendah. Kemudian gerombolan ini akan menghabiskan sebagian orbitnya di kerucut bayangan Bumi. Opsi-opsi semacam itu sedang dipertimbangkan, suatu proyek spesifik sedang dikembangkan di Cina. Anda mungkin berpikir tentang meluncurkan observatorium gelombang super panjang di suatu tempat yang sangat, sangat jauh. Sejauh ini gangguan buatan manusia dari Bumi akan diabaikan karena jarak. Tetapi Anda harus terbang cukup jauh. Ingat, di layar percikan film "Kontak", pesawat ruang angkasa terbang menjauh dari Bumi, dan pada awalnya ada banyak gangguan di sekitarnya, kemudian bergerak lebih jauh dan lebih jauh dan sinyal membutuhkan waktu lebih lama untuk menyebar. Akhirnya mereka mencegat siaran pertama dari Olimpiade Berlin 1936, kemudian sinyal radio pertama - dan diam. Jadi, keheningan muncul karena dua faktor: pertama, mereka terbang sejauh ini,yang praktis bergerak dalam waktu, dan kedua, faktor jarak mempengaruhi. Jarak sebanding dengan kuadrat dalam penyebut. Artinya, jika Anda pensiun sepuluh kali, maka intensitas gangguan menurun hingga seratus kali. Setelah mundur sepuluh kali lebih jauh dari bulan, kita akan mengurangi gangguan sebanyak seratus kali. Jika kita pergi seratus kali, kita mengurangi gangguan sebanyak sepuluh ribu.

Oleh karena itu, kami memiliki tiga metode: di permukaan sisi jauh bulan, di satelit bulan, atau sangat jauh. Tidak ada pilihan untuk terbang sangat jauh dalam pengembangan nyata saat ini. Dan ada opsi di bulan dan di satelit bulan. Ini dilakukan oleh rekan-rekan Tiongkok dalam kerangka program Chang'e. Di Rusia, program bulan juga dihidupkan kembali sekarang, ada proyek "Moon-25", -26, -27, -28 ... Sayangnya, sejauh ini tidak ada perangkat yang memiliki muatan untuk astronomi radio gelombang ultra-panjang. Ini disesalkan, karena akan memungkinkan "memotong sudut" dalam perlombaan untuk penemuan di kisaran ini. Dalam hal teknologi dan biaya, ini relatif tidak rumit. Untuk membangun teleskop radio gelombang panjang sangat jauh, jauh lebih murah daripada Radioastron atau yang lain dari seri Spectrum. Payloadnya sederhana, murah,tetapi dijamin akan membawa penemuan signifikan.

Jika kita berbicara tentang satelit uji yang cocok untuk keperluan kita, maka perangkat yang beratnya beberapa kilogram sudah cukup. Kami mengembangkan antena yang cocok untuk keperluan kami, yang bukan dipol, melainkan tripol. Ini adalah simbiosis dari dipol konvensional dan antena aktif dengan amplifier, analog-to-digital converter, dan sistem pemrosesan dan transmisi menarik beberapa kilogram. Dimensi diperoleh seperti tripod foto kecil. Jika benda seperti itu terlempar ke orbit bulan, maka ia bisa berfungsi di sana secara independen.

Apakah Anda tahu organisasi China Harbin University of Technology? Mereka bekerja secara aktif dengan CNSA pada proyek serupa, dan mereka mencoba memasukkan ini ke Chang'e. Selain itu, sebagai bagian dari program Chang'e, antena sedang dikembangkan pada dua perangkat Chang'e. Satu antena di repeater satelit, dan yang lainnya di panggung pendaratan, mendarat di sisi jauh bulan.


Ilustrasi: chinaspaceflight.com.

Kemungkinan untuk mengirimkan muatan super panjang pada kedua perangkat sedang dipertimbangkan. Kemudian mereka akan mendapatkan interferometer radio dengan pangkalan ekstra panjang, mirip dengan RadioAstron, hanya dalam rentang panjang gelombang ekstra panjang. Cina akan menempatkan repeater hanya pada titik Lagrange-2 dari sistem Bumi-Bulan dengan kelebihan dan kekurangan yang diketahui dari titik ini, yang telah kita bahas. Pekerjaan ini sudah berlangsung.

Terima kasih atas bantuan Anda dalam mempersiapkan bahan Mikhail Mogilevsky, kepala laboratorium fisika proses magnetosfer di Space Research Institute, Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia .

Source: https://habr.com/ru/post/id401901/