|
Калибровка поможет радиокосмологии следующего поколения
|
|
|
|
Уникальный «пассажир» присоединяется к предстоящей миссии на Луну. В 2026 году физики планируют запустить радиотелескоп на обратной стороне Луны — суровой окружающей среде, которая создает огромные проблемы для выживания исследовательского оборудования, но также обещает огромную научную отдачу. Проект, получивший название LuSEE-Night, направлен на получение доступа к затяжным радиоволнам из древнего прошлого Вселенной, заглянув в эпоху космоса, которая никогда раньше не наблюдалась. Теперь, благодаря новому финансированию со стороны НАСА, к миссии добавился современный калибратор. Этот калибратор не только обеспечит точность измерений LuSEE-Night, но и подготовит почву для размещения более сложных телескопов за пределами Земли. Все телескопы требуют калибровки — системы оценки качества и длины волны света, который они собирают, — но калибровка LuSEE-Night является серьезной проблемой.
|
|
|
|
Во-первых, диапазон методов калибровки, которые можно применить к LuSEE-Night, гораздо более ограничен, чем тот, который доступен для оптических телескопов. Оптические телескопы могут двигаться; они могут сфокусироваться на звезде, отвести взгляд, а затем вернуться назад. Собирая измерения известных и неизвестных небесных объектов, ученые могут сравнить их в качестве метода калибровки. LuSEE-Night, с другой стороны, будет полностью стационарным и будет работать с фиксированными антеннами, которые «просматривают» все небо одновременно. Итак, как ученые обычно калибруют радиотелескопы? Они перемещают сигнал, а не телескоп. Что касается традиционных наземных радиотелескопов, ученые часто пытались послать над телескопом точечный источник, обычно искусственный радиоисточник, установленный на дроне. Пока дрон пересекает небо над телескопом, ученые могут наблюдать, как реагирует телескоп, и соответствующим образом калибровать инструмент. Но то, как движутся дроны, и вероятность того, что их сбьет с курса ветер, затрудняет проведение точных измерений. Достижение такого уровня точности не только необходимо для дальнего лунного телескопа, такого как LuSEE-Night, но и запуск дронов с Луны просто невозможен.
|
|
|
LuSEE-Night также возьмет на себя задачу измерения исключительно очень слабых низкочастотных радиоволн. «Чем ниже радиочастота, которую вы пытаетесь измерить, тем сложнее калибровать прибор», — сказала представитель научного сотрудничества LuSEE-Night Анже Слосар, физик из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE). LuSEE-Night — это совместная работа НАСА и Министерства энергетики, при этом Брукхейвенская лаборатория играет ведущую роль Министерства энергетики в проекте, а Национальная лаборатория Министерства энергетики им. Лоуренса Беркли обеспечивает ключевую техническую поддержку. Все эти проблемы побудили НАСА поддержать калибратор мечты космолога: калибратор на орбите Луны. НАСА добилось этого, купив услугу калибровки на свободном рынке. «Калибровка будет осуществляться со спутника на орбите. Это как настоящий дрон, идеальный точечный источник», — сказал Слосар. «Вы точно знаете, где он находится; он очень стабилен и с практической точки зрения находится бесконечно далеко — так же, как настоящие небесные источники».
|
|
|
|
Запуск спутника на орбиту слишком дорог для калибровки наземных телескопов. «Это по-прежнему непростая задача, но благодаря сотрудничеству Министерства энергетики и НАСА мы сделали это возможным», — сказал Слосар. Разработка и запуск калибратора, как и остальная часть проекта LuSEE-Night, опирается на инициативу NASA Commercial Lunar Payload Services (CLPS). Через CLPS НАСА заключает контракты с частными компаниями на выполнение недорогих миссий на Луну. И теперь НАСА заключило контракт с Firefly Aerospace, Inc., компанией, которой уже было поручено запустить LuSEE-Night, на создание нового калибратора; НАСА впервые запросило услугу калибровки у пула поставщиков CLPS. «Калибратор будет представлять собой сложный радиочастотный передатчик с направленной вниз антенной», — сказал Пол О'Коннор, старший научный сотрудник отдела приборостроения Брукхейвена и научный сотрудник проекта LuSEE-Night. «Он будет находиться на лунной орбите и излучать калибровочный сигнал каждый раз, когда поднимается над горизонтом, а LuSEE-Night будет улавливать этот сигнал.
|
|
|
|
«Поскольку мы всегда будем точно знать, где находится калибратор и интенсивность его сигнала, мы также будем точно знать, сколько космического излучения исходит с каждого изучаемого нами направления. Это позволит нам понять нюансы реакции нашего прибора, такие как его чувствительность к поляризации и то, как входящее излучение взаимодействует с лунным реголитом». Эта конструкция позволит сотрудничеству LuSEE-Night достичь «абсолютной калибровки», которую, по словам Слосара, редко можно достичь с Земли, не говоря уже о Луне. Ученые ожидают, что калибратор снизит погрешность с 20% до примерно 1%. «Хотя базовая техника аналогична калибровке дронов, эта методика в конечном итоге гораздо более сложна», — добавил Слосар. «Вместо того, чтобы мигать или издавать прерывистый шум, который нам пришлось бы отличать от других шумов в космосе, этот калибратор даст нам известный сигнал, который мы можем легко распознать, даже если он заглушен гораздо более ярким излучением нашей собственной галактики».
|
|
|
|
Калибратор отправится в космос на той же ракете, что и LuSEE-Night, став последним пассажиром среди набора научных инструментов, направляющихся на Луну, каждый из которых имеет свой пункт назначения и время прибытия. «Когда транспортный корабль приблизится к Луне, сначала посадочное оборудование и спутник связи Lunar Pathfinder Европейского космического агентства отсоединятся и выйдут на орбиту. Затем посадочный модуль доставит телескоп на поверхность Луны. Наконец, модуль связи ибо посадочный модуль и калибратор выйдут на орбиту, где калибратор и останется", - сказал Слосар. Через пять земных дней после того, как LuSEE-Night приземлится на обратной стороне Луны, Firefly Aerospace удаленно включит калибратор, чтобы убедиться, что он работает. Поскольку посадочный модуль по-прежнему будет излучать мешающие сигналы, эти предварительные данные потребуют тщательного анализа. Но как только наступит первый лунный закат и посадочный модуль отключится, начнется настоящая научная миссия LuSEE-Night. Через 50 земных дней команда соберет с телескопа достаточно данных для достижения однопроцентной калибровки. «Наши инструменты настроены на одновременное выполнение калибровок и обычных научных операций, чтобы мы могли собирать данные в течение первой лунной ночи», — сказал Слосар.
|
|
|
|
Ко второй лунной ночи калибратор отключается, поскольку помимо демонстрации методики калибровки запуск этого спутника на орбиту является еще и упражнением в международных отношениях. «Люди давно поняли, что обратная сторона Луны — это уникальное пространство. Это одно из самых радиотихих мест на свете», — сказал Слосар. «Поэтому были подписаны международные договоры, в которых записано, что никто не должен загрязнять лунный спектр на радиочастотах ниже 300 мегагерц, которые являются наиболее ценными для радиоастрономии. Но теперь у нас есть этот калибратор, который будет излучать радиочастоты, поэтому Федеральная комиссия по связи должна запросить ограниченный по времени отказ от Международного союза электросвязи. В этом случае у нас будет полтора лунных дня или 50 земных дней, прежде чем он должен будет отключиться». По мере того как исполняется 50 земных дней, ученые из Брукхейвенской лаборатории, опираясь на межведомственное сотрудничество и государственно-частное партнерство, проведут один из самых амбициозных радиокосмологических экспериментов в истории. Их работа может помочь раскрыть ответы на некоторые из величайших загадок Вселенной, таких как формирование самой Вселенной.
|
|
|
|
Источник
|
