Fotoğraf kredisi: Arizona Üniversitesi
Roger Angel, 30 yıl önce Tucson, Arizona bölgesinde astronomik gözlem için elverişli koşullar tarafından çizilen Arizona Üniversitesi'ne geldi: birkaç teleskop elverişli bir şekilde yakın ve elbette hava harika ılıman. Ama şimdi, Angel biraz daha uzak ve çok balsamalı olmayan bir yerde bir teleskop yapmayı öneriyor: aydaki kutup krateri.
Hafif teleskop aynalarındaki ve uyarlanabilir optiklerdeki yenilikleriyle tanınan Angel, ABD ve Kanada'dan bir Sıvı Ayna Teleskopu (LMT) kullanarak ay kutuplarından birinin yakınında bir Derin Alan Kızılötesi Gözlemevi oluşturmanın fizibilitesini araştıran bir bilim insanı ekibine liderlik ediyor. ).
Bu konsept, geçen Ekim ayında NASA İleri Kavramlar Enstitüsü'nden (NIAC) finansman almaya başlayan 12 tekliften biri. Her biri, ilk çalışmaları yapmak ve gelişimdeki zorlukları belirlemek için altı aylık araştırmalar için 75.000 dolar kazanıyor. İlk aşamadan geçen projeler iki yılda 400.000 $ daha fazla kazanabilir.
LMT'ler, astronomik optikler için mükemmel olan parabolik bir yüzey oluşturmak için kase şeklindeki bir platformda genellikle cıva gibi yansıtıcı bir sıvının döndürülmesiyle yapılır. Isaac Newton aslında teoriyi önerdi, ancak böyle bir cihazı başarılı bir şekilde oluşturma teknolojisi henüz son zamanlarda geliştirildi. Bugün Vancouver, Kanada'da 6 metrelik bir LMT ve NASA'nın New Mexico'daki Orbital Enkaz Gözlemevi için kullandığı 3 metrelik bir versiyon da dahil olmak üzere bir avuç LMT kullanılıyor.
Yeryüzünde, LMT'lerin boyutu yaklaşık 6 metre çapındadır, çünkü teleskopun döndürülmesinden kaynaklanan kendi kendine üretilen rüzgar yüzeyi bozar. Ek olarak, diğer Dünya tabanlı teleskoplar gibi, LMT'ler de atmosferik absorpsiyon ve bozulmaya maruz kalır, bu da kızılötesi gözlemin menzilini ve hassasiyetini büyük ölçüde azaltır. Ancak, atmosferden bağımsız ay, diyor ki, parabolik aynanın oluşması için gereken yerçekimini sağlarken, bu tür teleskoplar için mükemmel bir yer sağlar.
Ay'da bir LMT'nin potansiyeli çok büyük bir teleskop yapmaktır. Referans olarak, Hubble Uzay Teleskobu'nun 2.4 metrelik bir aynası vardır ve 2011'de lansman için geliştirilen James Webb Uzay Teleskobu'nun (JWST) 6 metrelik bir aynası olacaktır. Angel’ın NIAC önerisi konsepti 20 metrelik bir ayna, ancak ekibin bugüne kadar yaptığı araştırmalarla, şimdi 100 metre en büyük seçenek olan çok büyük aynalar oluşturmaya çalışıyorlar. Daha küçük LMT'ler de düşünüyorlar. “Açıkçası aya gidemeyiz ve ilk şey 100 metrelik bir ayna yapamayız,” dedi Angel. “2 metre, 20 metre ve 100 metre ölçek ölçülerine bakıyoruz ve her biri için potansiyelin ne olduğuna bakıyoruz.” Angel, 2 metrelik teleskopun ayda insan varlığı olmadan yapılabileceğine ve Mars gezgini üzerindeki bilimsel aletlerin şu anda çalıştığı gibi robotik bir teleskop olarak kurulabileceğine inanıyor.
Bir sıvı aynanın sınırlaması, sadece düz bir şekilde işaret etmesidir, bu nedenle herhangi bir yöne işaret edebilen ve gökyüzündeki nesneleri takip edebilen standart bir teleskop gibi değildir. Sadece gökyüzünün doğrudan baş üstü olan bölgesine bakar.
Bu nedenle, bir LMT'nin bilimsel hedefi tüm gökyüzüne bakmak değil, bir alan almak ve ona yoğun bir şekilde bakmaktır. Angel'ın tarif ettiği gibi, toplanan bilgi zenginliği açısından bu tür astronomi çok “kârlı” olmuştur. Hubble Uzay Teleskobu'nun en verimli bilimsel çabalarından bazıları “Derin Alan” fotoğraflarıydı.
Her zaman sadece bir alana bakabilmek, Angel ve ekibini bu teleskop için en iyi konum için ay kutuplarından birine bakmaya yönlendirir. Dünya'nın kutuplarında olduğu gibi, aydaki kutuplardan doğrudan bakmak her zaman aynı ekstragalaktik görüş alanını sağlar. “Ayın Kuzey veya Güney Kutbuna gidersek, her zaman bir gökyüzü parçasını görüntüleyeceğiz ve böylece Hubble Derin Alanından bile çok daha derin bir entegrasyon yapmanıza izin veriyoruz.” Bunu büyük bir diyaframla birleştirdiğinizde, bu teleskop Dünyadaki veya uzayda herhangi bir teleskopla eşsiz bir gözlem derinliği sağlayacaktır. “Bu, bu teleskopun niş ya da özel gücü,” dedi Angel.
Sıvı aynaların bir başka tarafı, büyük, sert bir cam parçası oluşturarak, cilalayarak ve test ederek veya cilalanması, test edilmesi ve daha sonra birleştirilmesi gereken daha küçük parçalar oluşturarak standart bir ayna yapma sürecine kıyasla çok ucuz olmalarıdır. doğru. Ayrıca, LMT'lerin pahalı montajlara, desteklere, izleme sistemlerine veya bir kubbeye ihtiyacı yoktur.
Angel, “James Webb Teleskopunun toplam maliyetinin bir milyar doları aşması bekleniyor, aynadaki fiyat etiketi sadece bir milyon dolar civarında.” Dedi. “O ayna 6 metredir, bu yüzden bu teknolojiyi uzaydaki daha büyük aynalara ölçeklendirirsek, sonunda bankayı kıracağız ve cilalı aynayı yapma teknolojisiyle onları karşılayamayacağız ve uzaya çıkar. ”
2 metrelik teleskop bir prototip olsa da, yine de astronomik olarak değerli olacaktır. “Aydaki 2 metrelik teleskop bu iki teleskop arasındaki bölgeyi dolduracağından Spitzer Uzay Teleskobu ve Webb Teleskopuna ücretsiz şeyler yapabiliriz.” 20 metrelik bir ayna, JWST'den 3 kat daha fazla çözünürlük sağlar ve “deklanşörü” bir yıl gibi uzun süreler boyunca entegre ederek veya açık bırakarak 100 kat daha sönük nesneler görülebilir. 100 metrelik bir ayna grafikler dışında veri sağlar.
Ay'da bir LMT geliştirmenin zorluklarından biri, platformu sorunsuz ve sabit bir hızda döndürmek için rulmanlar oluşturmaktır. Hava yatakları Dünyadaki LMT'ler için kullanılır, ancak ayda hava olmadan bu imkansızdır. Angel ve ekibi, manyetik alan kullanarak sürtünmesiz bir hareket elde etmek için manyetik kaldırma trenlerinde kullanılana benzer kriyojenik kaldırma rulmanlarına bakıyorlar. Angel ekledi, “Bir bonus olarak, aydaki düşük sıcaklıklarla bunu herhangi bir enerji harcamadan yapabilirsiniz, çünkü sürekli bir elektrik gücü girişi gerektirmeyen bir kaldırma yatağı yapmanıza izin veren süper iletken bir mıknatıs yapabilirsiniz. ”
Angel, yatakları teleskopun kritik bir bileşeni olarak adlandırdı. “Rüzgar oluşturmak için ayda hava olmadan, yatak iyi olduğu sürece ihtiyacınız olan boyutta veya hassasiyette bir sınır yoktur” dedi Angel.
Projenin NIAC finansmanı alınmasından bu yana gerçekleşen bir evrimi, teleskopun yeridir. İlk teklifte, Angel’ın ekibi Shackleton kraterinde ayın güney kutbunu tercih etti. Ancak kuzey kutbu aslında ekstragalaktik gözlem için daha iyi bir görüş alanı sunuyor, fark ettiler ve Angel, son zamanlarda ayın kutup bölgelerini incelemeye başlayan Avrupa Uzay Ajansı'nın SMART-1 ay yörüngesinden veri bekliyor.
“Kutup bölgelerinde güneşin asla yanmadığı ve asla ısındığı bazı kraterler var,” dedi Angel. “Orada aşırı soğuk, mutlak sıfırın çok üstünde değil. Teleskopu bu tür düşman koşullar altında inşa etmek yerine, teleskopu kutupların herhangi birinin zirvesine inşa etmeye çalışacağız, burada neredeyse sürekli güneş ışığı olacaktı. Bu güneş enerjisi sağlayacak ve koşullar orada yaşayan insanlar için daha iyi olacaktır. Tek yapmanız gereken, güneşin ona çarpmasını önlemek için teleskopun etrafına silindirik bir Mylar ekranı koymak ve tıpkı kraterlerin altındaki gibi soğumasını sağlamak. ”
Kızılötesi gözlemle, soğuk bir teleskop uzayda daha soğuk ve daha sönük nesneleri görebilmek için çok önemlidir. Teleskopun mutlak sıfıra yakın olması (0 derece Kelvin, -273 C, -460 F) ideal olacaktır. Cıva bu sıcaklıklarda donacağı için, proje için bir başka zorluk da ayna için dönecek doğru sıvıyı bulmaktır. Adaylardan bazıları, 14 Ocak'ta Satürn'ün en büyük aya inen Huygens probu tarafından Titan'da bulunan sıvılar gibi etan, metan ve diğer küçük hidrokarbonlardır.
“Ama bu sıvılar parlak değil, bu yüzden alüminyum gibi parlak bir metali doğrudan sıvının yüzeyine nasıl atacağınızı bulmanız gerekiyor,” dedi Angel. “Normalde astronomik bir teleskop yaptığımızda aynaları çok fazla yansıtmayan camdan yaparız ve daha sonra alüminyum veya gümüşü cama buharlaştırırsınız. Ay'da metali cam yerine sıvı üzerine buharlaştırmamız gerekirdi. ”
Bu, NIAC ödülü altındaki en önemli araştırma alanlarından biri. İlk çalışmalarda, Angel’ın ekibi, henüz gerekli soğuk sıcaklıklarda olmasa da, bir metali bir sıvı üzerinde buharlaştırabildi. Bununla birlikte, şimdiye kadar elde edilen sonuçlar tarafından teşvik edilmektedir.
Angel’ın ekibi bir NIAC projesi için atipiktir, çünkü bu uluslararası bir işbirliğidir ve NIAC uluslararası ortakları finanse etmez. Angel, “Dönen sıvı ayna teleskopları yapma konusunda dünya uzmanlarının hepsi Kanada'da bulunuyor, bu yüzden onları getirdiğimiz ayda yapmayı düşünüyorsak,” dedi. “Şans eseri, kendi biletlerine girdiler, tabiri caizse ve proje tarafından heyecanlılar.”
Ekibin Kanadalı üyeleri, 1980'lerin başından beri LMT'leri araştıran ve inşa eden Quebec'teki Laval Üniversitesi'nden Emanno Borra ve Borra'nın yardımıyla 6 metrelik LMT'yi inşa eden British Columbia Üniversitesi'nden Paul Hickson. Vancouver. Diğer işbirlikçiler arasında, Houston'da Teksas Üniversitesi'nde kriyojenik yataklarda uzman olan Ki Ma, teleskoplarda makine mühendisliği uzmanı olan Arizona Üniversitesi'nden Warren Davison ve yüksek lisans öğrencisi Suresh Sivanandam yer alıyor.
NIAC, uzay ajansı dışındaki kişi ve kuruluşlardan NASA'nın görevlerini ilerletebilecek devrimci kavramlar istemek için 1998 yılında kuruldu. Kazanan konseptler, NASA'ya göre “bilinen bilim ve teknolojinin sınırlarını zorluyor” ve “NASA misyonuyla ilgilendiklerini” seçiyor. Bu kavramların gelişmesi en az on yıl sürecektir.
Angel, NIAC ödülünü almanın harika bir fırsat olduğunu söylüyor. “Şüphesiz ki, NIAC fonunun II. Aşaması için bir teklif yazacağız” dedi. “Aşama I sırasında bu projedeki en kritik konuların neler olduğunu ve şimdi ne gibi pratik adımlar atmamız gerektiğini belirledik. Bazı sorular açtık ve şov durdurucuları olup olmadığını görmek için yapabileceğimiz bazı basit testler var. ”
Ay Kızılötesi Gözlemevi'ni gerçeğe dönüştürmedeki en büyük engel, büyük olasılıkla, Angel'ın ellerinden tamamen çıkmasıdır. “Ay, bilim yapmak için çok ilginç bir yer,” dedi Angel. Ancak NASA'nın aya dönme konusunda önemli bir taahhüdüne dayandırılıyor. Kesinlikle, 20 veya 100 metrelik büyük teleskopları inşa etmek için ayda insanlı bir varlık olması gerekirdi. “Öyleyse,” diye devam etti Angel, “biliminizi bu yöne doğru çekerek, üzerinde kesinlikle kontrolünüz olmayan çok büyük bir köpeğin kuyruğu olursunuz”?
Angel, NASA ve Amerika Birleşik Devletleri'nin Uzay Keşfi Vizyonunun momentumunu koruyabilmesini ve aya dönebileceğini umuyor. “Nihayetinde uzaya taşınmanın, insanların yapma dürtüsü olduğu ve bir süre yapacağı bir şey olduğunu düşünüyorum,” dedi Angel. “Bu olduğunda, oraya vardığımızda yapacak ilginç şeyler yapmak önemlidir. Aya gitmek için neden bu gezegenin yüzeyini terk ettiğimizi bilmeliyiz. Keşfetiyoruz, evet, ama sadece ayı keşfetmekle kalmayıp, bunu ayın ötesinde bilimsel araştırma yapmak için bir yer olarak da kullanabiliriz. Bence büyük resimde olması gereken bir şey. ”
Nancy Atkinson serbest yazar ve NASA Güneş Sistemi Elçisi'dir. Illinois'de yaşıyor.
