Дмитрий Вибе: Лунная астрономия

Один из образов будущей деятельности человека на Луне - лунная обсерватория. Её преимущества очевидны, но в сообществе астрономов идея лунных наблюдений не очень популярна.

Раздел: Колонка Вибе

Астрономические наблюдения с поверхности Земли связаны с многочисленными ограничениями. Очевидно препятствие в виде атмосферы, которое начинается с погоды и заканчивается принципиальной недоступностью значительной части электромагнитного спектра. Помимо него, приходится считаться также с короткой длительностью ночи и со всё возрастающим напором техногенных помех - засветкой неба, радиошумом и пр. 

С этой точки зрения привлекательной альтернативой издавна казалась Луна. Вспомните старую фантастику: как ни попадётся в ней лунная база, так обязательно там есть астроном, который рассказывает главному герою о прелестях лунных наблюдений с вечно чистым небом и отсутствием ограничений по диапазонам. В нашем официальном отечественном проекте «Принципы построения долгофункционирующих лунных поселений» обязательной частью лунной базы была астрономическая обсерватория. 

На практике, естественно, всё не так просто и прямолинейно. Во время экспедиции «Аполлон-16» астронавты устанавливали на Луне небольшой 3-дюймовый позолоченный телескоп для наблюдений в УФ-диапазоне (от 500 до 1600 ангстрем) и получили на нём около двух сотен снимков разных объектов (в том числе, Земли). Но это была, скорее, демонстрация возможности, чем реальная наблюдательная программа. Никакого значимого следа в науке этот инструмент не оставил, войдя в историю лишь как первый и единственный (пока) телескоп, работавший на поверхности Луны. 

Настоящим окном в ультрафиолетовый диапазон и в другие невидимые с Земли диапазоны стали другие инструменты, не требующие ни твёрдой поверхности, ни присутствия наблюдателя. В те годы, когда рождались мечты о лунных городах, возможность качественных наблюдений из пустого пространства не казалась очевидной. Однако за десятилетия космической эры вне пределов земной атмосферы поработали уже многие десятки телескопов, благодаря которым в наблюдаемом спектре практически не осталось лакун. Развитие технологий позволяет делать их всё сложнее, размещать всё дальше от Земли, проводя длительные непрерывные наблюдения. Так что ни атмосфера, ни ограниченная длительность ночи принципиальными препятствиями более не являются. 

Разумеется, у космических обсерваторий по-прежнему есть масса ограничений по сравнению с наземными. Основные из них - невозможность ремонта и модернизации, ограничения на размер инструмента и объём передаваемых с него данных, наконец, существенно более высокая стоимость. Единственный инструмент, в котором была решена первая проблема, - «Хаббл» - из-за этого кардинально проиграл по последнему пункту. 

Однако установка аналогичного автоматического телескопа на Луне ни одну из этих проблем не решит. Размер инструмента ограничен не местом размещения, а габаритами ракет-носителей. Долететь до лунной обсерватории, чтобы починить телескоп или обновить его оборудование, будет сложнее, чем слетать к «Хабблу». О стоимости же всего этого удовольствия даже подумать страшно. 

При этом на Луне есть ещё, как минимум, одна проблема, которой нет у инструментов в открытом космосе, - пыль, о пронырливости которой позволяют судить откровенно грязные скафандры американских астронавтов. Правда, сторонники лунных обсерваторий утверждают, что помеха со стороны пыли сильно преувеличена: в частности, уголковые отражатели, оставленные на Луне астронавтами, и по сей день исправно работают, а значит, запылились незначительно. Однако, если говорить не о продвинутом катафоте, а о сложном точном оптическом приборе, к тому же с подвижными частями, характеристика «незначительно запылился» может оказаться неприемлемой. Конечно, проблему пыли можно решить, но решение увеличит цену обсерватории, и без того космическую. 

Ситуация станет иной, когда на Луне действительно появится постоянно действующая обитаемая база. Её сотрудники и пыль с телескопа сметут, и чемодан DVD-дисков с данными наблюдений с оказией на Землю отправят. У такой обсерватории будет значительное моральное преимущество по сравнению с автоматическими инструментами в открытом космосе. Несмотря на все предосторожности, запуск чего бы то ни было в космос остаётся лотереей. Представляете: вы в течение многих лет, а то и десятилетий, разрабатываете телескоп, выбиваете на него деньги, сражаетесь с промышленностью, чтобы она сделала именно то, что нужно, а потом телескоп улетает в космос и не работает. Для космического телескопа это крах, а на Луне к нему просто сбегает техник и прикрутит отошедшую клемму. Если в данный момент ремонт будет невозможен, телескоп можно будет законсервировать и вернуться к нему позже. Затраты же на работу обсерватории в любом случае потеряются на фоне затрат на создание и эксплуатацию базы. Плюс к этому решаются проблемы с калибровкой, с ограниченным запасом охладителя на ИК-инструментах... Эх, мечта! 

Но произойдёт это очень не скоро. Пока же имеет смысл говорить только о наблюдениях, которые принципиально можно провести только с поверхности Луны и за «разумные» деньги. Здесь наиболее популярный обсуждаемый вариант - радиотелескоп сверхдлинноволнового диапазона, похожий на LOFAR. Одной из основных его задач могли бы стать наблюдения линии водорода (21 см), сдвинутой красным смещением в область метровых волн. Современные космологические модели предсказывают для этого излучения, родившегося примерно между эпохами рекомбинации и реионизации, определённые свойства, которые можно проверить только при помощи лунного телескопа. 

Другая важная задача для того же инструмента - наблюдения Солнца, точнее зоны ускорения частиц солнечного ветра, откуда также исходит длинноволновое радиоизлучение. Наблюдения с поверхности Земли в этом диапазоне (десятки мегагерц и менее) либо затруднены, либо вообще невозможны - мешают ионосфера и различные помехи как природного, так и технического характера. Самым радиоспокойным местом в Солнечной системе оказывается закрытая от земных помех обратная сторона Луны, где можно было бы разместить обширный массив антенн. В одном из проектов их предлагается крепить на полимерные ленты, доставлять на Луну в рулонах, а там разворачивать либо при помощи астронавтов, либо при помощи роботов. 

Система, конечно, тоже очень сложная, поскольку потребует работ на большой площади (единицы и десятки квадратных километров), организации передачи данных между всеми антеннами и базовой станцией, а также с базовой станции на Землю. Расположение на дальней - невидимой - стороне Луны означает необходимость ретрансляционного спутника. Однако у системы есть важное преимущество: её можно разворачивать поэтапно, добавляя новые модули. Модуль-прототип ROLSS предлагается использовать для наблюдений Солнца, а затем на основе аналогичных модулей строить систему DALI для космологических наблюдений. Авторы проекта полагают, что первый модуль мог бы начать работу уже лет через десять. Но, конечно, всё будет зависеть от финансирования. 

А перспективы у него пока не слишком радужные. В Штатах как будто бы сохраняется формальный интерес к проблеме: проводятся совещания, публикуются статьи, выделяются небольшие средства на разработку концепций лунных телескопов. Однако ни одна из этих концепций не превратилась пока хоть во что-нибудь более осязаемое. Примечательный факт: на конференции Американского астрономического общества, прошедшей в июне 2012 года, было организовано мини-совещание с гордым названием «New horizons for science from the Moon». На нём больше докладов было про наземные и космические проекты... 

В общем, надежда как всегда на китайцев. Благодаря им на Луне вскоре может появиться второй телескоп! На борту спускаемого аппарата «Чанъэ-3» будет установлен 15-сантиметровый ультрафиолетовый телескоп LUT (Lunar-based Ultraviolet Telescope)! Возможно, наблюдения на нём окажутся столь успешными, что другим космическим державам станет стыдно, и они начнут относиться к лунной астрономии с большим пиететом. Странно при этом, что у многих представителей астрономического сообщества (если судить по разным публичным высказываниям) идея лунной обсерватории вызывает скорее критику, чем одобрение…