Oko zwrócone w kosmos


Na Księżycu można zbudować to, czego nie uda się na Ziemi: gigantyczny teleskop z lustrem o średnicy ponad 50 metrów










Konstrukcja takiego urządzenia na naszej planecie praktycznie nie wchodzi w rachubę z powodu grawitacji. Sprawi ona, że części składowe lustra nie będą wykonane, a potem dopasowane z wystarczającą precyzją. Natomiast na Księżycu problem ten nie będzie istniał - dowodzą amerykańscy naukowcy z Goddard Space Flight Center.

Za i przeciw

Idea budowy lunarnego teleskopu nie jest nowa, mówi się o tym od kilkudziesięciu lat. Jednak te rozważania oscylowały między utopią a pracami studyjnymi, które wskazywały na ogromne trudności techniczne związane z takim przedsięwzięciem.

Z jednej strony, realizacja takiego zadania wymagałaby zbudowania bazy na Księżycu, a to odległa sprawa; nawet stacja kosmiczna nie jest jeszcze gotowa, do jej ukończenia brakuje około dziesięciu lat. Poza tym, na co wskazują astrofizycy, środowisko księżycowe wcale nie musi być dogodne dla pracy teleskopu z powodu drobnego pyłu występującego na powierzchni tego globu. Pył ten może powodować korozję materiałów, a także utrudniać obserwacje, jeśli będzie się snuł nad powierzchnią, dlatego że jest naładowany elektrostatycznie.

Wroga grawitacja

Jednak z drugiej strony, na powierzchni naszej planety zwierciadło o takich rozmiarach, z powodu siły grawitacji, odkształci się pod wpływem swojego ciężaru. A to z kolei znacznie zredukuje możliwości obserwacyjne takiego przyrządu. Ogromnie trudno byłoby również montować na Ziemi kolosalne zwierciadło.

Natomiast na Księżycu, gdzie grawitacja jest sześciokrotnie słabsza niż na Ziemi, te trudności byłyby zredukowane do minimum. Poza tym, teleskop zainstalowany na naturalnym satelicie Ziemi "widziałby" lepiej, ponieważ nie otacza go atmosfera, która zakłócałaby obraz. Wprawdzie istnieje techniczna możliwość korygowania niedoskonałości lustra za pomocą tzw. optyki adaptacyjnej, ale przy takich rozmiarach lustra teleskopu w praktyce byłoby to niewykonalne.

Niezwykłe perspektywy

Jednak tym razem zanosi się na to, że debata wejdzie na nowe tory. Sprawią to prace zespołu, w skład którego wchodzą: Peter Chen, Douglas Rabin, Michael Van Steenberg i Ron Oliversen. Ich zdaniem nie ma potrzeby wysyłania na Księżyc wielkiej ilości rozmaitych materiałów potrzebnych do skonstruowania gigantycznego lustra.

Przekonanie to opierają na własnych badaniach laboratoryjnych. W trakcie prowadzonych prób okazało się, że mieszanina pyłu księżycowego, żywicy epoksydowej i węglowych nanorurek pozwala stosunkowo łatwo uzyskiwać bardzo wytrzymały materiał, idealny do budowy olbrzymiego astronomicznego instrumentu.

Teleskop z lustrem średnicy 50 m umożliwiłby analizowanie składu atmosfery wokół planet podobnych do Ziemi - poza Układem Słonecznym. Byłoby to poważnym ułatwieniem w badaniach egzobiologicznych (biologia kosmosu) - w odkrywaniu cząsteczek mających związek z życiem, na przykład cząsteczek tlenu czy chlorofilu.

Jedynie teleskop takich rozmiarów byłby w stanie wykryć w atmosferach egzoplanet ozon czy metan mający związek z życiem (gaz ten powstaje jako produkt przemiany materii). Naukowcy z Goddard Space Flight Center są przekonani, że dzięki tak dużemu teleskopowi będzie można zaobserwować na innych planetach kontynenty i oceany. Teleskop taki stałby się absolutnie wyjątkowym narzędziem w poszukiwaniach życia we wszechświecie.

/rp.pl


Teleskop na Księżycu


Pomysł zbudowania teleskopu optycznego na Księżycu bardzo przypadł astronomom do gustu. Ponieważ nie ma tam atmosfery, obraz byłby bardzo ostry, a osiągnięte powiększenia dużo większe niż na Ziemi. Pozostawał tylko jeden problem: jak i jakim kosztem dostarczyć materiały potrzebne do jego zbudowania. Wydaje się, że naukowcom z NASA udało się go rozwiązać z pomocą pyłu księżycowego (regolitu).

Peter Chen z Centrum Lotów Kosmicznych im. Roberta H. Goddarda wyjaśnia, jak zbudować lustro na Srebrnym Globie. Należy wziąć trochę nanorurek węglowych, dodać żywicy epoksydowej i dużo, dużo regolitu. Ponieważ większość materiałów jest na miejscu, nie trzeba ich zabierać ze sobą i można zaoszczędzić dużo pieniędzy. Zespół Chena zademonstrował swoją technikę wytwarzania luster na 212. spotkaniu Amerykańskiego Stowarzyszenia Astronomicznego w Sant Louis.


Jak często bywa w takich przypadkach, metoda jest dziełem przypadku. Pracownicy NASA zmieszali ze sobą nanorurki, spoiwo oraz pokruszoną skałę o tym samym składzie i rozmiarach ziaren co regolit. Ze zdziwieniem zauważyli, że uzyskany w ten sposób materiał ma konsystencję betonu i można go wykorzystać zamiast szkła do wyprodukowania lustra dowolnych rozmiarów. Następnie badacze nałożyli kolejne warstwy żywicy epoksydowej i odwirowali całość w temperaturze pokojowej. W rezultacie otrzymali paraboliczne zwierciadło o średnicy 30 cm.

Po tym wszystkim wystarczy powlec powierzchnię lustra niewielką ilością aluminium i voilà - mamy lustro do teleskopu o wysokim współczynniku odbicia - cieszy się jeden z członków zespołu Douglas Rabin.

Lustro utworzone na Ziemi było niewielkie, jednak na z materiałów dostępnych na Księżycu uda się uzyskać dużo większe, nawet 50-metrowe zwierciadła. W ten sposób ustanowiono by nowy rekord, ponieważ największy jak dotąd teleskop zwierciadlany (reflektor) - Wielki Telseskop Kanaryjski - dysponuje lustrem 10,4-m.


Autor: Anna Błońska
/kopalniawiedzy.pl



Oraz kolejny, ale opisujący inną technologię - płynne zwierciadło.


Teleskop na Księżycu

To plan niezwykły, ale możliwy do zrealizowania: Amerykanie chcą zbudować na Srebrnym Globie teleskop wielkości piłkarskiego boiska, którego lustro byłoby płynne








Płynny, zimny, olbrzymi. Teleskop ma prowadzić obserwacje najdawniejszych gwiazd - w podczerwieni
Dlaczego płynne lustro? Aby oszczędzić pieniądze. Szlifowanie zwierciadła jest niezwykle kosztowne. Wszystkie małe kawałki, z których składa się lustro wielkiego teleskopu, muszą mieć dokładnie te same właściwości, co jest trudne do uzyskania. A ciecz, np. rtęć, w odpowiednich warunkach może się sama ukształtować w doskonale gładkie zwierciadło.

Pomysłodawcą wybudowania stumetrowego płynnego teleskopu na Księżycu jest astronom z Uniwersytetu w Arizonie J. Roger Angel. Ale sama idea teleskopu o ciekłym zwierciadle jest bardzo stara. Na pomysł urządzenia wpadł Isaac Newton jeszcze w XVII wieku. Pierwsze próby zbudowania takiego aparatu miały miejsce w XIX stuleciu. Niestety, choć koncepcja była teoretycznie dopracowana, naukowcy nie mieli wtedy do dyspozycji odpowiedniej technologii.

Żeby płyn ułożył się w odpowiednio wklęsły kształt, zwierciadło musi się obracać. Wtedy grawitacja i siła odśrodkowa wypycha część płynu ku brzegom naczynia i powstaje paraboliczne lustro. Napęd obracający zwierciadło musi być niezwykle precyzyjny, prędkość nie może spaść ani wzrosnąć nawet o tysięczną część procentu. Jeżeli prędkość będzie się wahać, obraz odbity przez niektóre partie lustra będzie niewyraźny. Taką wadą obarczony był np. teleskop o płynnym zwierciadle zbudowany przez amerykańskiego astronoma Roberta W. Wooda w roku 1909.


Na Ziemi już działają

Przez ostatnie sto lat technika poczyniła jednak wielkie postępy i dziś możemy konstruować napędy, które będą wprawiać zwierciadło w ruch obrotowy doskonale jednostajny. Kilka z nich już służy astronomom. Na kanadyjskim Uniwersytecie Laval działa teleskop o średnicy zwierciadła 2,5 metra. Na również kanadyjskim Uniwersytecie Kolumbii Brytyjskiej światło gwiazd odbija teleskop o średnicy sześciu metrów. Dwa następne, jeden belgijski, drugi amerykański, powstaną wkrótce w Chile.

Aby naczynie ze zwierciadlanym płynem mogło się łatwo obracać, trzeba je unieść. Ciekłe lustra teleskopów na Ziemi unoszą się i obracają na poduszkach powietrznych. Prędkość obrotowa w przypadku zwierciadła sześciometrowego wynosi dziesięć obrotów na minutę. Księżycowe zwierciadło lewitować i kręcić się będzie dzięki zastosowaniu odpowiedniego pola elektromagnetycznego.

Koszt teleskopu na Uniwersytecie Kolumbii Brytyjskiej to około miliona dolarów. Gdyby zwierciadło tej samej wielkości sporządzić metodą tradycyjną, musiałoby kosztować kilkadziesiąt razy więcej. W przypadku wielkiego teleskopu księżycowego specjaliści oszczędzą miliardy dolarów.


Naczynie, w którym odbije się przeszłość

Płynne zwierciadła mają jednak zasadniczą wadę: nie można ich przechylać. Zawsze są skierowane pionowo w górę. Mała mobilność księżycowego ciekłego teleskopu rekompensowana jest przez olbrzymią powierzchnię lustra. Naukowcy poznają niewielki fragment nieba, ale z olbrzymią dokładnością.

Obserwacje płynnego teleskopu księżycowego mają wyłapać światło dochodzące z najbardziej odległych zakątków wszechświata, które biegło do nas przez miliardy lat. Będzie to światło prawie tak stare jak sam wszechświat. Ciekłe zwierciadło na Księżycu pozwoli astronomom obserwować gwiazdy, które narodziły się zaraz po Wielkim Wybuchu. - Będzie można zobaczyć obiekty starsze niż jakiekolwiek obserwowane dotychczas - wyjaśnia Angel. - To szansa, żeby się cofnąć bardzo blisko do źródeł czasu.

Dlaczego taki teleskop najlepiej wybudować właśnie na Księżycu? Bo nie ma tam atmosfery. Powietrze na Ziemi zakłóca obserwacje astronomiczne - stąd wielkie znaczenie teleskopów orbitujących. Teleskop Hubble'a na przykład ma zwierciadło o średnicy niespełna 2,5 metra, a dokonuje obserwacji, których żaden kilka razy większy ziemski teleskop nie byłby w stanie dokonać. Stumetrowy teleskop księżycowy zbierałby ponad 1700 razy więcej światła niż teleskop Hubble'a.

Brak atmosfery na Księżycu oznacza jeszcze jedno - zwierciadło obracać się będzie bez żadnych zakłóceń, powietrze nie będzie tworzyć turbulencji nad powierzchnią lustra.

Gigantyczny płynny teleskop ma prowadzić obserwacje w podczerwieni (w tym właśnie zakresie długości dociera do nas promieniowanie najstarszych gwiazd). Oznacza to, że jego lustro musi być bardzo zimne, schłodzone do temperatury niższej niż ta, w której zamarza rtęć. Naukowcy muszą więc, zanim teleskop powstanie, znaleźć materiał, który dobrze odbija światło i pozostaje ciekły w temperaturze około - 190 stopni Celsjusza.

Możliwe, że naukowcy zastosują ciecz, która słabo odbija światło, i pokryją ją dobrze odbijającym promienie metalem. Eksperymenty pokazujące, że można w próżni "naprószyć" metal na ciecz, zostały już przeprowadzone na uniwersytecie w Laval.

Biegun księżycowy jest dobrym miejscem na płynny teleskop, bo lustro wycelowane byłoby zawsze mniej więcej w tym samym kierunku i nie byłoby sytuacji, w której obiekty uciekają poza pole widzenia. Po drugie, Słońce na biegunie Księżyca świeci tylko nisko nad horyzontem i teleskop łatwo będzie od jego promieni osłonić, by mu zapewnić chłód.


Miniatura o wielkich możliwościach

J. Roger Angel przewiduje, że księżycowy teleskop o ciekłym stumetrowym lustrze może powstać na Srebrnym Globie za 30 lat. Szybciej zbudować urządzenie byłoby trudno - aby rozpocząć budowę na Księżycu, musi być już obecna odpowiednia infrastruktura. Nie powstanie ona jedynie po to, by budować teleskop. Teleskop może być tylko dodatkiem planu opanowania Księżyca przez ludzi.

Najpierw, jak mówi Angel, na Księżycu należy zbudować na próbę mniejszy, 20-metrowy teleskop o płynnym lustrze. Możliwości tej miniatury i tak byłyby porażające: odbijałby 70 razy więcej światła niż teleskop Hubble'a. Byłby w stanie dostrzec obiekty sto razy mniejsze niż te, które będzie obserwował kosmiczny teleskop Jamesa Webba, który ma być ultranowoczesnym następcą teleskopu Hubble'a.

---