A Holdra telepített rádióteleszkópokkal vizsgálnánk az Univerzum sötét korszakát

3707

Robotok építenének a korai Univerzum titkaira vadászó rádióteleszkópot a Hold túlsó oldalára. Hosszas évek fejlesztése után 500 ezer dolláros támogatást nyert a Lunar Crater Radio Telescope (LCRT), ahogy a NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) innovációs programjának második fázisába lépett. Az LCRT, bár még nem került a hivatalos NASA küldetések közé, potenciálisan átalakíthatja az emberiség Univerzumról alkotott képét.

Az LCRT legfőbb célja a kozmikus sötét korszak — az Ősrobbanás utáni néhány százmillió év, mikor még nem alakultak ki csillagok — hosszú hullámhosszú rádióhullámainak mérése lenne. Egyelőre nem sokat tudunk erről az időszakról, meglehet azonban, hogy a tudomány legnagyobb rejtélyeinek válaszai rejtőzhetnek a Világegyetemet akkoriban kitöltő gáz által kibocsátott rádióhullámokban.

A Hold túlsó oldalára tervezett LCRT teleszkóp illusztrációja, mely egy holdkráterbe telepítve vizsgálná az Univerzum korai időszakából származó rádiósugárzást. Az LCRT a NASA innovációs programjában kapott támogatást. (Forrás: Vladimir Vustyansky)

Habár csillagok még nem léteztek, de már az Univerzum sötét korszaka alatt is bőségesen volt (a későbbi csillagok alapanyagául szolgáló) hidrogén. Egy megfelelően nagy rádióteleszkóppal megfigyelhetnénk az első csillagok kialakulásához vezető folyamatokat, még akár a sötét anyag természetére utaló nyomokra is bukkanhatnánk. A földi rádiótávcsövek azonban nem képesek ezt a titokzatos időszakot megfigyelni, ugyanis az abból az időből származó hosszú hullámhosszú rádióhullámokat visszaveri a légkörünk felső, ionok és elektronok alkotta rétege, az ionoszféra. Ezen kívül a rádióban (is) hangos civilizációnk véletlenszerű rádiójelei is zavarják a rádiócsillagászati megfigyeléseket, a leghalványabb jelek el is tűnnek a zajban.

A Hold túlsó oldalán azonban nincsen a rádióhullámokat visszaverő légkör, maga a Hold pedig blokkolná a Földről érkező rádiózajt. A korai Univerzumot így eddig nem látott módon figyelhetnénk meg erről a kecsegtető helyszínről. A rádióantennák holdi telepítésének ötlete korábban is felmerült, azonban igen bonyolultak voltak, nagy erőforrásigénnyel, így az új koncepcióban máshogyan igyekeznek megközelíteni a kérdést.

Építkezzünk robotokkal

Ahhoz, hogy az LCRT érzékeny legyen a hosszú hullámhosszú rádiótartományban, a távcsőnek hatalmasnak kell lennie. A koncepcióban egy több mint 3 km átmérőjű kráterben építenének 1 km-es antennát. A Földön a legnagyobb egytányéros rádióteleszkóp az 500 méter átmérőjű FAST teleszkóp Kínában, illetve a jelenleg már nem üzemelő 305 méteres Arecibo Obszervatórium. Mindkettő természetes mélyedésekbe épült, így maga a táj is segít a szerkezet megtartásában.

A koncepcióban felvázolt rádióteleszkóp fémhálóból épülne fel egy holdi kráterben. A fenti illusztráción láthatjuk, ahogyan a vevő egységet a kráter széleihez erősített kábelek tartanák a tányér felett. (Forrás: Vladimir Vustyansky)

Az ilyen típusú rádióteleszkópok mélyedésben fekvő tányérjai mindeddig több ezer egyedi panelből épültek fel, így a tányérok teljes felületükön visszatükrözik a rádióhullámokat. A vevő egységet kábelek tartják a tányér fókuszpontjában, ez méri az ívelt felületről visszaverődő rádiójeleket. Világrekorder mérete és komplexitása ellenére a kínai FAST sem érzékeny a 4,3 méternél hosszabb hullámhosszú rádiójelekre.

Saptarshi Bandyopadhyay, a LCRT vezető mérnöke szakemberekből álló kutatócsoportjával együtt dolgozta ki az ilyen típusú rádióteleszkópok lecsupaszított formáját. A koncepciójukban nem kell nehéz anyagokat szállítani a Holdra, az építkezést pedig automatikus folyamatban robotok végeznék. Ahelyett, hogy reflektív panelek ezreinek segítségével fókuszálná a rádióhullámokat, az LCRT vékony fémhálóból épülne fel a kráter közepén. Egy űrhajó elvinné a hálót, egy másik leszállóegység pedig DuAxel rovereket vinne magával, melyek néhány nap vagy hét leforgása alatt felépítenék a teleszkópot.

A DuAxel két egytengelyű robotból álló NASA JPL koncepció, melyek egy kábelen kommunikálva ketté tudnak válni. Az egyik fél egyfajta horgonyként funkcionálna, míg a másik a kráter szélén leereszkedve dolgozna a távcső építésén. A DuAxel sok problémát megoldana egy ilyen volumenű holdi kráterbe telepített antenna felépítésében. Az egyes Axelek legurulnának a kráterbe, összekapcsolnák a fémháló drótjait, majd felemelésükkel ki tudnák feszíteni az antennát.

Akadnak kihívások

Az LCRT fejlesztőcsapatának egyik legnagyobb kihívása ebben a fázisban a fémháló megtervezése. Ahhoz, hogy megtartsa parabolaalakját és az egyes drótok közötti precíz távolságokat, a hálónak egyszerre kell erősnek és rugalmasnak lennie, ám a szállíthatóság miatt mégis könnyűnek. Ezen kívül a Holdon tapasztalható jelentős hőmérséklet-ingadozást is ki kell bírniuk, akár -173 °C, akár 127 °C van éppen, nem szabad sem meghajlaniuk, sem elszakadniuk.

A Hold felszínét számos kráter tarkítja, az egyik ilyen természetes mélyedés pedig kiváló helyszíne lehetne egy rádióteleszkóp tányérjának. Ahogyan az illusztráción látszik, a kráter pereméhez DuAxel roverek rögzítenék a tartókábeleket. (Forrás: Vladimir Vustyansky)

Egy másik nagy kérdés, hogy vajon a DuAxel rovereknek teljesen automatikusnak kéne lennie, vagy embereket is érdemes lenne bevonni a döntési folyamataikba. Esetleg érdemes lenne-e a DuAxel rovereket más építkezési technikákat kiegészíteni? Ha például szigonyokat lőnénk a holdfelszínbe, azok lehet, hogy stabilabban tartanák az LCRT fémhálóját, és kevesebb robotra is lenne szükség.

Emellett, habár a Hold túlsó oldala jelenleg rádiócsendes, ez lehet, hogy a jövőben megváltozik. A Kínai Űrügynökségnek napjainkban is fut a Hold túloldalát célzó felfedezési programja, így bármilyen holdfelszíni fejlesztés befolyásolhatná a jövő rádiócsillagászati projektjeit. Az LCRT csapata a következő két évben folytatja a koncepció fejlesztését, ha pedig sikeresen zárják a második fázist, akkor a következő fázisba lépve kaphatnak további támogatást.

Forrás: NASA JPL

Hozzászólás

hozzászólás