Μια πρωτόγνωρη άποψη του Σύμπαντος από το φεγγάρι

Πηγή: UniverseToDay, Ιανουάριος 2005

Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble μας έχει κάνει να καταλάβουμε τα αδιαφιλονίκητα οφέλη ενός διαστημικού παρατηρητήριου, αλλά η δημιουργία ενός τηλεσκοπίου μακριά από τη Γη αποτελεί ένα αίνιγμα για το πώς μπορεί ο άνθρωπος να συντηρήσει μια τέτοια συσκευή. Επειδή το πρόγραμμα της NASA Όραμα για τη Διαστημική Εξερεύνηση (Vision for Space Exploration) οδηγεί φαινομενικά τους ανθρώπους και πάλι πίσω στο φεγγάρι, γιατί λοιπόν να μην κατασκευαστεί ένα παρατηρητήριο εκεί;

Μια ομάδα επιστημόνων από τις ΗΠΑ και τον Καναδά ερευνούν την ιδέα για την κατασκευή ενός υπέρυθρου παρατηρητηρίου για πολύ μακρινές αποστάσεις (Deep-Field Infrared Observatory) σε έναν από τους πολικούς κρατήρες του φεγγαριού. Αν και δεν είναι και πολύ φιλόξενη περιοχή, η θέση αυτή θα ήταν μια άριστη τοποθεσία για ένα πολύ μεγάλο και πολύ μοναδικό περιστρεφόμενο τηλεσκόπιο υγρών κατόπτρων.

Ο Roger Angel του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, προτείνει να φτιαχτεί ένα τηλεσκόπιο σε έναν πολικό κρατήρα στο φεγγάρι. Και ενώ στο παρελθόν έχει αναπτύξει τεχνολογίες για ελαφριά κάτοπτρα στα τηλεσκόπια και στην προσαρμοστική οπτική, τώρα καθοδηγεί μια ομάδα επιστημόνων από τις ΗΠΑ και τον Καναδά οι οποίοι ερευνούν τη δυνατότητα κατασκευής ενός υπέρυθρου παρατηρητηρίου κοντά σε έναν από τους σεληνιακούς πόλους, χρησιμοποιώντας ένα τηλεσκόπιο υγρών κατόπτρων (LMT).

Αυτή η ιδέα είναι μία από 12 προτάσεις που άρχισαν να χρηματοδοτούνται τον περασμένο Οκτώβριο από το Ίδρυμα της NASA για τις Προηγμένες Ιδέες (NIAC). Η κάθε μία πήρε 75.000$ για έξι μήνες έρευνας με σκοπό να κάνει τις αρχικές μελέτες και να προσδιορίσει τις παραμέτρους στην ανάπτυξη της.

Τα LMT κατασκευάζονται με την περιστροφή ενός αντανακλαστικού υγρού, συνήθως υδράργυρου, σε μια πλατφόρμα με μορφή νιπτήρα για να σχηματίσουν μια παραβολική επιφάνεια, άριστη για την αστρονομική οπτική. Ο Ισαάκ Νεύτωνας είχε για πρώτη φορά προτείνει αυτή την ιδέα, αλλά η τεχνολογία για να δημιουργηθεί μια τέτοια συσκευή με επιτυχία μόλις πρόσφατα έχει αναπτυχθεί.  Μόνο λίγα τέτοια κάτοπτρα LMT χρησιμοποιούνται σήμερα, συμπεριλαμβανομένου κι ενός κατόπτρου  LMT των 6 μέτρων στο Βανκούβερ του Καναδά, και ένα των 3 μέτρων που η NASA χρησιμοποιεί για το Τροχιακό Παρατηρητήριο Διαστημικών Υπολειμμάτων στο Νέο Μεξικό.

Στη Γη, τα LMT είναι περιορισμένα σε μέγεθος, με διάμετρο περίπου 6 μέτρα, επειδή ο αέρας που προέρχεται από την περιστροφή του τηλεσκοπίου επηρεάζει την επιφάνεια. Επιπλέον, όπως κι άλλα γήινα τηλεσκόπια, τα LMT υπόκεινται στην ατμοσφαιρική απορρόφηση και διαστρέβλωση, μειώνοντας έτσι πολύ το εύρος και την ευαισθησία της υπέρυθρης παρατήρησης. Αλλά στο φεγγάρι, που δεν έχει ατμόσφαιρα, θα είναι η τέλεια θέση για αυτόν τον τύπο του τηλεσκοπίου ενώ θα δίνει την απαραίτητη  βαρύτητα για να σχηματιστεί το παραβολικό κάτοπτρο.

Το LMT στο φεγγάρι θα γίνει ένα πολύ μεγάλο τηλεσκόπιο. Για παράδειγμα, το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble έχει ένα κάτοπτρο 2,4 μέτρων, ενώ το τηλεσκόπιο της επόμενης γενιάς James Webb Space Telescope (JWST), που κατασκευάζεται τώρα για να εκτοξευτεί το 2011 θα έχει ένα των 6 μέτρων. Το συνολικό δε κόστος του James Webb Telescope αναμένεται να υπερβεί το ένα δισεκατομμύριο δολάρια.

Η αρχική πρόταση των επιστημόνων είναι το LMT να έχει ένα κάτοπτρο των 20 μέτρων, αλλά με την έρευνα που έχει κάνει μέχρι τώρα η ομάδα, εξετάζεται και η δημιουργία ακόμα μεγαλύτερων κατόπτρων, με διάμετρο 100 μέτρων. Ένα κάτοπτρο των 20 μέτρων θα έδινε ανάλυση 3 φορές μεγαλύτερη από το JWST, Αυτοί όμως εξετάζουν και το ενδεχόμενο μικρότερου LMT. "Δεν μπορούμε προφανώς να πάμε στο φεγγάρι και να κάνουμε ένα κάτοπτρο 100 μέτρων αρχικά", λέει ο Angel. "Εξετάζουμε την κατασκευή των κατόπτρων με μέγεθος 2 μέτρων, 20 μέτρων, και 100 μέτρων, για να διαπιστώσουμε τα οφέλη από  το καθένα. Και αναφέρει ότι το τηλεσκόπιο των 2 μέτρων θα μπορούσε να φτιαχτεί χωρίς οποιαδήποτε ανθρώπινη παρουσία στο φεγγάρι, και να είναι ένα ρομποτικό τηλεσκόπιο, σαν τα επιστημονικά όργανα που βρίσκονται στα δύο ρόβερ πάνω στον Άρη.

Ο περιορισμός ενός υγρού κάτοπτρου είναι ότι πρέπει να δείχνει κατ' ευθείαν επάνω μόνο, γιατί δεν είναι όπως τα συνηθισμένα τηλεσκόπια που μπορούν να στοχεύσουν σε οποιαδήποτε αστρονομικό αντικείμενα στον ουρανό. Έτσι, ο επιστημονικός στόχος για ένα τέτοιο LMT είναι να μην παρατηρεί σε ολόκληρο τον ουρανό, αλλά σε ένα μικρό τμήμα του διαστήματος και να τον εξετάζει έντονα. Μερικές από τις πιο παραγωγικές επιστημονικές προσπάθειες από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble είναι οι φωτογραφίες του σε "Βαθιές Περιοχές" (Deep Field) του ουρανού.

Για αυτό και ο Angel βλέπει σαν κατάλληλη θέση για το τηλεσκόπιο του έναν από τους σεληνιακούς πόλους. Όπως της Γης οι πόλοι, βλέπουν κατευθείαν πάνω στον ουρανό, το ίδιο συμβαίνει και με τους τους πόλους στο φεγγάρι. "Αν συνδυάσουμε τη θέση του LMT μαζί με το μεγάλο του άνοιγμα, θα μας δώσει ένα βάθος παρατήρησης που δεν θα έχει προηγούμενο με οποιοδήποτε τηλεσκόπιο στη Γη ή στο διάστημα", αναφέρει ο Angel.

Ένα άλλο πλεονέκτημα των υγρών κατόπτρων είναι ότι δεν έχουν πολλά έξοδα κατασκευής, έναντι των συνηθισμένων κατόπτρων από μικρά κομμάτια γυαλιού, που πρέπει να λειανθούν, να δοκιμαστούν και να ενωθούν έπειτα μαζί με πολύ ακρίβεια. Επίσης, τα κάτοπτρα LMT δεν χρειάζονται ακριβά υποστηρίγματα, υποστηρίξεις, συστήματα ανίχνευσης και οδήγησης ή έναν θόλο.

Μια από τις προκλήσεις στην ανάπτυξη ενός LMT στο φεγγάρι είναι να δημιουργηθούν ρουλεμάν για να περιστρέφει την πλατφόρμα του τηλεσκοπίου ομαλά και με μια σταθερή ταχύτητα. Στη Γη χρησιμοποιούνται ρουλεμάν αέρα για τα LMT, αλλά επειδή στο φεγγάρι δεν υπάρχει αέρας η επιστημονική ομάδα εξετάζει τη λύση των κρυογόνων ρουλεμάν ανύψωσης, παρόμοια με αυτά που χρησιμοποιούνται στα τραίνα μαγνητικής ανύψωσης για να κινούνται χωρίς τριβή με τη βοήθεια του μαγνητικού πεδίου. Επειδή, η θερμοκρασία στο φεγγάρι είναι χαμηλή αυτό θα δουλεύει χωρίς οποιαδήποτε ενέργεια,  γιατί οι υπεραγωγικοί μαγνήτες εργάζονται σε χαμηλή θερμοκρασία.

Για τη θέση του τηλεσκοπίου προκρίνεται ο βόρειος πόλος γιατί προσφέρει ένα καλύτερο οπτικό πεδίο για την εξωγαλαξιακή παρατήρηση. Στις πολικές περιοχές υπάρχουν μερικοί κρατήρες όπου ο ήλιος δεν φωτίζει ποτέ και δεν θερμαίνει ποτέ το έδαφος. Υπάρχουν εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες εκεί, κοντά στο απόλυτο μηδέν, αλλά η ομάδα του Angel, θέλει να κτίσει το τηλεσκόπιο σε μια κορυφή του πόλου, όπου θα υπάρχει ηλιοφάνεια σχεδόν πάντα. Το περιβάλλον τότε θα ήταν καλύτερο για τους ανθρώπους που θα ζούσαν εκεί. Θα πρέπει όμως να κατασκευαστεί μια κυλινδρική οθόνη Mylar γύρω από το τηλεσκόπιο για να εμποδίζει να κτυπήσει ο ήλιος από παντού το τηλεσκόπιο και να το ψύχει σαν να ήταν στο βάθος των κρατήρων.

Με τις υπέρυθρες ακτίνες του, ένα ψυχρό τηλεσκόπιο θα είναι σε θέση να δει τα πιο ψυχρά και πιο εξασθενημένα αντικείμενα στο διάστημα. Μια θερμοκρασία του τηλεσκοπίου κοντά στο απόλυτο μηδέν θα ήταν το ιδανικό. Δεδομένου ότι ο υδράργυρος παγώνει σε αυτές τις θερμοκρασίες, μια άλλη πρόκληση για το πρόγραμμα είναι να βρεθεί το σωστό υγρό για να περιστρέψει το κάτοπτρο. Υποψήφια υγρά είναι το αιθάνιο, το μεθάνιο, και άλλοι υδρογονάνθρακες, όπως τα υγρά που βρέθηκαν στον Τιτάνα.

"Αλλά αυτά τα υγρά δεν αντανακλούν το φως, έτσι πρέπει να υπολογίσουμε πώς να εναποθέσουμε ένα μέταλλο που αντανακλά το φως, όπως το αλουμίνιο, κατευθείαν πάνω στην επιφάνεια του υγρού", αναφέρει ο Angel. "Κανονικά όταν φτιάχνουμε ένα αστρονομικό τηλεσκόπιο κάνουμε τα κάτοπτρα από γυαλί, το οποίο δεν αντανακλά πάρα πολύ και μπορούμε να κάνουμε μια στρώση αλουμινίου ή αργύρου πάνω στο γυαλί. Στο φεγγάρι θα έπρεπε να εξατμίσουμε το μέταλλο επάνω στο υγρό κι όχι στο γυαλί". Κι αυτό είναι ένας από τους βασικούς τομείς της έρευνας των επιστημόνων. Στις αρχικές μελέτες, η ομάδα του Angel, ήταν σε θέση να εξατμίσει ένα μέταλλο επάνω σε ένα υγρό, αν και όχι ακόμα στις ψυχρές θερμοκρασίες που απαιτείται.