Когда ждать очередную вспышку на Солнце? Что происходит на поверхностях звезд и внутри них? Какие бурные процессы протекают в активном ядре галактики? Ответить на эти вопросы — цель гигантского интерферометра на Луне, проект которого предложен вниманию специалистов НАСА. Он называется «Звездный телескоп Артемиды» (англ. Artemis-enabled Stellar Imager, сокращенно AeSI) и будет состоять из 15–30 оптических и ультрафиолетовых телескопов, расположенных в виде километровой эллиптической матрицы на поверхности Луны.
Американская команда ученых и инженеров под руководством доктора Кеннета Карпентера из Центра космических полетов Годдарда НАСА, работавшая в сотрудничестве с Центром комплексного проектирования Годдарда, завершила технико-экономическое обоснование AeSI и опубликовала его результаты на сервере препринтов arXiv .
AeSI основан на более ранней концепции свободно летающего УФ/оптического космического интерферометра под названием Stellar Imager (SI). Но на фоне прогресса, достигнутого в рамках кампании NASA «Артемида» по созданию жилых модулей и вспомогательной инфраструктуры на поверхности Луны, Карпентер и его команда внесла в проект изменения. Идея создания супертелескопа выглядит гораздо более осуществимой и конкурентоспособной по сравнению со свободно летающим объектом аналогичных размеров и разрешающей способности.
Планируемая колонизация Луны в рамках миссии «Артемида» дает астрономам возможность установить на поверхности нашего спутника интерферометр и другие телескопы. Это позволит использовать преимущества безвоздушной среды и избежать ограничений, с которыми может столкнуться оборудование на Земле или в открытом космосе.
Исследование направлено на достижение ряда научных целей. Миссия позволит получить изображения поверхностей ближайших (в пределах 4 парсек) звезд солнечного типа и более далеких (2 килопарсек и более) сверхгигантов. Это обеспечит изучение:
- Магнитной активности звезд (пленки, звездные пятна, конвекция);
- Аккреционных дисков вокруг зарождающихся звезд;
- Активных ядер галактик (АЯГ).
Визуализация поверхности звезд дает представление о процессах, происходящих глубоко внутри. Если звезды похожи на Солнце, это позволит лучше понять, что с ним происходит. Карпентер полагает, что наблюдения AeSI помогут ученым понять механизм управления магнетизмом Солнца и других звезд.
Солнце и звезды
В предлагаемом первичном исследовании светил подобных Солнцу используется сочетание звездной визуализации с высоким пространственным разрешением для наблюдения за эволюцией поверхностной магнитной активности и астросейсмологии. Ученые надеются получить информацию, необходимую для построения прогностических моделей солнечного и звездного магнетизма.
Проект AeSI сможет изучать такие звезды главной последовательности, как Альфа Центавра A, Процион A, Сириус A и Эпсилон Эридана. Интерферометрические данные можно будет сопоставить с результатами астросейсмических исследований, чтобы получить более точное представление о том, что именно происходит внутри этих звезд. Кроме того, это может помочь ученым понять, как звездная активность влияет на существование и обитаемость их планет.
Исследования в области интерферометрии также могут быть непосредственно применены для прогнозирования солнечной активности и ее влияния на Землю. AeSI обеспечит высокое пространственное и временное разрешение изображений, что позволит взглянуть на поверхность Солнца и на то, как она меняется в течение магнитного цикла.
Изучение удаленных объектов
Установка AeSI на Луне также позволила бы детально рассмотреть аккреционные диски вокруг других звезд. На Земле их сложно наблюдать с высокой детализацией, поскольку диск трудно отделить от звезды. На Луне, где нет помех, разрешение по умолчанию выше.
Сверхновые — еще одна потенциальная мишень. Особенно ученых интересуют джеты — выбросы вещества в результате катастрофических взрывов, обрывающих жизнь сверхмассивных звезд. AeSI может помочь астрономам обнаружить стремительно расширяющиеся облака «ошметков» на самых ранних стадиях вспышки сверхновой.
AeSI должен отображать сложные процессы, происходящие в АЯГ. Вокруг ядер бушуют сильнейшие звездные ветры, настоящие космические торнадо. Их скорость и количество потерянной массы дают представление о структуре объекта в центре галактики. Измерения AeSI в этих областях также могут способствовать более точному определению расстояний до таких объектов (квазаров) и помочь в точном измерении космологической постоянной.
Для таких исследований потребуется расширенный набор инструментов AeSI. Из-за удаленности даже самых ярких активных ядер галактик понадобятся большие внешние диаметры массива, чтобы можно было различить области вокруг центральных ядер, которые, скорее всего, являются единственными достаточно яркими участками, которые можно успешно обнаружить с помощью AeSI или иной современной земной техники.
Ученые изучают способы повышения чувствительности AeSI к ультрафиолетовому излучению, потенциально используя зеркальные покрытия с более высокой отражающей способностью в ультрафиолетовом диапазоне.
Внедрение AeSI
Базовый план миссии AeSI должен быть привязан к общему плану развертывания поселения на Луне в рамках предстоящих миссий «Артемида». Каждый элемент массива будет представлять собой метровый телескоп, размещенный на небольшом луноходе. Массив будет расширяться или сжиматься по мере необходимости для проведения конкретных наблюдений. Данные с массива будут собираться центральным «хабом», объединяющим лучи, и обрабатываться для создания изображений конкретных звезд или других объектов.
Луна представляет собой очень хорошую, стабильную среду для AeSI. На ней нет атмосферы, которая искажает изображение, а значит, не нужна адаптивная оптика для коррекции движения воздуха. Лунный интерферометр может работать на гораздо более коротких волнах, чем любая наземная система. Две проблемы, которые необходимо учитывать (помимо доставки телескопов и вспомогательного оборудования и самого процесса строительства), — это пыль и сейсмические колебания во время лунотрясений. Однако ученые уверены, что эти нюансы технически разрешимы.
Если NASA одобрит предложенную концепцию, ученым придется определить, когда и где она будет развернута. Все зависит от хода кампании «Артемида» и возможностей, которые она может предоставить конкурирующим обсерваториям. В настоящее время первая пилотируемая миссия состоится не раньше весны 2026 года. Последующие полеты позволят создать больше инфраструктуры, но частота этих полетов остается неизвестной. Таким образом, с учетом реалий, AeSI можно будет внедрить не раньше конца 2030-х или начала 2040-х годов.
Что касается места установки интерферометра, команда предлагает несколько вариантов размещения на южном полюсе Луны, рядом с инфраструктурой, построенной для «Артемиды», чтобы обеспечить легкий доступ для астронавтов или роботов. Однако размещение на более удаленных низких широтах также представляет интерес, поскольку это позволит наблюдать за большей частью небесной сферы.
