У рамках програми Artemis NASA має намір створити всю необхідну інфраструктуру для створення «постійної програми дослідження та освоєння Місяця». Це включає в себе Місячні ворота, орбітальне середовище існування, яке дозволить здійснювати регулярні поїздки на поверхню та з неї, і базовий табір Артеміди, який дозволить астронавтам залишатися там до двох місяців. Кілька космічних агентств також планують створити засоби, які використовуватимуть «тиху природу» місячного середовища, що включає телескопи з високою роздільною здатністю.
У рамках цьогорічної програми NASA Innovative Advance Concepts (NIAC) команда з Центру космічних польотів імені Годдарда NASA запропонувала дизайн місячного довгобазового оптичного інтерферометра (LBI) для отримання зображень у видимому та ультрафіолетовому діапазонах. Відомий як Artemis-enabled Stellar Imager (AeSI), цей пропонований масив із кількох телескопів був обраний для першої фази розробки. Якщо трохи пощастить, масив AeSI міг би працювати на зворотному боці Місяця, знімаючи детальні зображення поверхонь зірок та їхнього середовища.
Пропозицію зробили Кеннет Карпентер і його колеги з NASA Goddard Space Flight Center (GSFC). Карпентер є науковим співробітником операційного проекту Хаббла в GSFC і науковим співробітником наземної системи Римського космічного телескопа Ненсі Грейс (RST).
Як вони зазначають у своїй пропозиції, повернення НАСА на Місяць відкриває кілька значних можливостей для наукових досліджень, які впливають на нього. Не останньою з них є потенціал для створення обсерваторій, які використовують переваги «радіотихого» середовища та тривалих періодів темряви на зворотному боці Місяця.
Через припливно-замкнену природу його орбіти, де один бік Місяця завжди звернений до Землі, денний і нічний цикл Місяця триває 14 днів. Це означає, що «місячний день» складається з двох тижнів безперервного сонячного світла, тоді як місячна ніч складається з двох тижнів безперервної темряви.
Одночасно безповітряне середовище Місяця означає, що будь-які спостереження за допомогою оптичних телескопів не будуть піддані атмосферним перешкодам. Це робить зворотний бік Місяця незайманим середовищем для проведення інтерферометричних зображень з високою роздільною здатністю, методу, за якого кілька телескопів збирають світло для пошуку моделей інтерференції.
Астрономи витягують дані з цих моделей, щоб створити детальну картину небесних об’єктів, які важко розпізнати за допомогою звичайних телескопів. Ця ж техніка дозволила телескопу Event Horizon Telescope (EHT), глобальній мережі радіотелескопів, отримати перше в історії зображення чорної діри.
За словами команди, масив місячної інтерферометрії має величезний науковий потенціал і може бути побудований поступово, щоб обмежити витрати на будівництво: «Це може розділити поверхні зірок, досліджувати внутрішні акреційні диски, що оточують новонароджені зірки та чорні діри, і почати технічну подорож до визначення особливостей поверхні та погодних умов на найближчих екзопланетах».
«Повністю розроблений об’єкт буде великим і дорогим, але це не обов’язково починати саме так. Технології можна розробити та перевірити за допомогою двох-трьох невеликих телескопів на коротких базових лініях. Після розробки технології базові лінії можна подовжити, більші телескопи можуть можна вставити, і кількість телескопів можна збільшити. Кожне з цих оновлень можна виконати з мінімальним порушенням роботи решти системи».
Незважаючи на ці переваги, команда відзначає, що попередні дослідження інтерферометрів у космосі були зосереджені на конструкціях вільно літаючих решіток. Це значною мірою сталося завдяки дослідженням бачення NASA у 2003–2005 роках, які вивчали компроміси між концепцією вільного польоту в космосі та інтерферометрами кілометрового розміру, побудованими на поверхні Місяця.
Дослідження прийшло до висновку, що було б краще переслідувати космічні вільні літачі, враховуючи відсутність раніше існуючої людської інфраструктури на поверхні Місяця, яка могла б забезпечити енергію та регулярне обслуговування.
Однак Карпентер і його команда стверджують, що з програмою «Артеміда» ця ситуація зараз змінюється. Оскільки на найближчі роки заплановано завершення будівництва поверхневих місць проживання, транспортування, буріння та енергетичних об’єктів, зараз настав гарний час для дослідження можливості будівництва інтерферометрів на поверхні Місяця.
«Наше дослідження місячного поверхневого інтерферометра стане величезним кроком вперед до створення більших масивів як на Місяці, так і у вільному польоті в космосі, в широкому діапазоні довжин хвиль і наукових тем», — пишуть вони.
«Це визначить, враховуючи поточний і очікуваний стан наших космічних технологій і плани дослідження людиною, чи краще продовжувати проектувати місячну поверхню, чи глибокий космос».
Крім того, вони передбачають, що місячний інтерферометр призведе до прогресу в астрофізиці, наприклад, вивчення магнітної активності зірок, ядер активних галактик і динаміки космологічних явищ у багатьох масштабах.
При проектуванні та будівництві такого об’єкта будуть вирішені ключові інженерні проблеми, як-от найкращий спосіб об’єднання оптичних ліній змінної довжини, найкращі конфігурації для телескопів і оптимальний розмір дзеркала для досягнення як технічних, так і наукових цілей. Вони також сподіваються створити план підтримки та розширення об’єкта з часом, використовуючи поєднання людської та роботизованої підтримки.
Крім того, очікувані переваги включають технічні досягнення, які дозволять створити ультрафіолетовий оптичний інтерферометр і космічні місії, здатні знімати зображення чорних дір (подібно до EHT), шукати біосигнатури та безпосередньо знімати зображення скелястих екзопланет навколо інших зірок.
Карпентер і його колеги також очікують, що створення великого об’єкта на Місяці в поєднанні з цілями програми «Артеміда», спрямовані на дослідження людиною, викличе величезний суспільний інтерес і залучення:
«Нарешті, ця спроба змусить людей знову мріяти — і пам’ятати, що ми можемо робити великі речі навіть у важкі часи. Наше дослідження допоможе зосередитися на величі Всесвіту та на тому, що можуть зробити люди, якщо вони наполегливо працювати разом. Наш проєкт зацікавить майбутні покоління працівників науки, технологій, інженерії, мистецтва та математики (STEAM), які надихнуться цим сміливим баченням». Джерело
