Астрономия на Луне

Моё второе эссе по курсу Астрономии

Луна — самый большой и интересный объект на ночном небе, доступный для наблюдений невооруженным глазом. Люди многие века наблюдали и изучали наш спутник, выяснили множество деталей и научились использовать Луну для своих целей. В наши дни мы продолжаем этот процесс, делаем новые открытия и задаёмся вопросами, какие ещё загадки хранит Луна и как она ещё может помочь нам в изучении Вселенной.

Полвека назад, в 1959 г. началась Лунная программа, СССР запустил три межпланетные автоматические станции «Луна», затем США запустила программу «Апполон» и 21 июля 1969 года человек впервые ступил на поверхность Луны. Мы поняли, что освоение других планет возможно. Но давайте разберёмся, нужна ли нам на самом деле астрономия на Луне?

Каковы перспективы астрономии на поверхности Луны?

moonbase

Факты о Луне:
— на Луне нет атмосферы (соответственно, будет резкий перепад температур в тени и на солнце; космическое излучение, в том числе и жёсткое, которое может вывести приборы из строя, также свободно достигает поверхности)
— перепады температур от −203 до 116°C
— для достижения Луны понадобится 3 дня
— радиосигнал с Луны будет идти примерно полторы секунды
— расстояние от Земли до Луны не постоянно, разница может составлять около 10%
— реальное движение Луны довольно сложно, при его расчёте необходимо учитывать множество факторов, например, сплюснутость Земли и сильное влияние Солнца, которое притягивает Луну в 2,2 раза сильнее, чем Земля
— сила притяжения на Луне в 6 раз меньше, чем на Земле
— лунная пыль более химически реактивная и более абразивна (состоит из более острых зубчатых краев, чем Земная пыль)
— неоднородное магнитное поле Луны (в том числе переменные поля)

Все эти факты необходимо учитывать, при планировании строительства обсерватории на Луне.

Размещение обсерватории на поверхности Луны.
Единственный, на мой взгляд, перспективный проект обсерватории на Луне — это телескопы, основанные на жидкости. Тёмное небо, стабильная гравитация, отсутствие влияния атмосферы — отличные условия для жидких телескопов. Идея таких телескопов — для создания зеркала использовать свойство жидкости формировать параболические поверхности при вращении. Например, в университете Британской Колумбии есть телескоп Large Zenith Telescope с жидким зеркалом диаметров в 6 метров. Оно представляет собой цилиндрический сосуд с ртутью, который может вращаться вокруг собственной оси. Постройка этого телескопа обошлась в сумму около 1 млн дол. Если бы зеркало такого же размера сделали из стекла, то телескоп стоил бы в 100 раз дороже. Кроме того, что жидкие зеркала значительно дешевле, чем обычные, их поверхность совершенна, что особенно важно при изготовлении больших зеркал, а фокусное расстояние можно менять, регулируя скорость вращения. Для создания лунного телескопа можно подобрать состав, удовлетворяющий множеству требований. Лунное зеркало на основе ионной жидкости может запросто достигать 100 м в диаметре.
Правда, у такого телескопа есть один существенный недостаток: жидкое зеркало нельзя наклонить, его ось должна совпадать с направлением гравитационного поля.

Плюсы обсерватории на Луне:
— отсутствие у Луны ионосферы
— отсутствие большинства помех, вызываемых посторонними источниками на Земле
— для радиоастрономии имеет смысл строительства радиоинтерферометра Земля-Луна с огромной базой
— сила тяготения в 6 раз меньше — возможно строительство конструкций, которые не будут деформироваться от собственного веса, с очень точной геометрией, пригодных для приема на самых коротких волнах, вплоть до миллиметровых
— возможность использовать солнечные батареи как источник энергии, эффективней (из-за отсутствия атмосферы), чем на Земле
— отсутствие атмосферы (а это значит нет влияния погоды, всегда отличная видимость)
— при наличии развитой лунной базы рядом, телескоп будет проще ремонтировать, чем в открытом космосе

Минусы обсерватории на Луне:
— как и на любой планете, видимость небесной сферы ограничена горизонтом, наблюдать долго выбранный участок можно будет только около 10 дней (хотя на полюсах наблюдения можно проводить месяцами)
— поверхность Луны постоянно разрушается и преобразовывается, подвергаясь тепловым деформациям и воздействиям микрометеорных тел, риск повреждений от метеоритов выше
— стоимость проекта, ремонт/доставка оборудования намного выше, чем размещение телескопа в космосе
— день и ночь длятся на Луне примерно 15 земных суток (на каждом отдельно взятом участке). За день лунная поверхность успевает раскалиться до +115 °C и более, а за ночь — остыть до -170, а местами и до -240 °С! Так что лунная поверхность не только везде освещается Солнцем, на ней царят по-настоящему экстремальные условия, которые на Земле достижимы только в лабораториях.

Какая её сторона – видимая или обратная – лучше подходит для размещения обсерватории?
На мой взгляд есть только один фактор — прямая видимость с Земли, а значит не потребуется ретранслятор для передачи данных. С другой стороны, на обратной стороне будет отсутствовать излучение с Земли, которое может помешать наблюдениям.

Может ли сама Луна служить «телескопом»?​
Конечно, использовать Луну для гравитационного линзирования не получится. Первое что приходит в голову — радиоастраномия. А конкретно, радиоинтерферометр с базой Земля-Луна (или Луна-Космический аппарат). А как ещё можно было бы использовать Луну?
— создание лунной базы, для дальнейшего освоения космоса
— использование Луны для гравитационного манёвра (разработано несколько типов траекторий для разгона)
— размещение на поверхности луны ретранслятора (для радиосигнала) или зеркала (для лазера), для создания информационного канала между двумя точками на Земле (например, на противоположных сторонах), чтобы сигнал отражаясь на Луне возвращался на Землю. Возможно, будут некоторые преимущества, по сравнению с использованием космических аппаратов на орбите Земли
— использование земного затмения для наблюдений (по аналогии с солнечным затмением). Т.е. Луна находится в точке противостояния. Единственное — нужно учитывать влияние Земной атмосферы, которая будет рассеивать определённый спектр.

Колонизация Луны
По моему мнению, развитие Лунной астрономии не так перспективно, как, например, размещение телескопов на орбитах или в точках Лагранжа. Тем не менее, NASA разработало и реализует космическую программу Constellation (Созвездие), согласно которой США к 2020 году возобновят регулярные пилотируемые полеты на Луну, а к 2024 году будет построена постоянная лунная база. Россия намерена развернуть на Луне собственную постоянно действующую базу в 2016–2020 годах. В то же время Европейское космическое агентство (ESA) планирует высадить астронавтов на лунную поверхность между 2020 и 2025 годами. Аналогичная Японская лунная программа планирует к 2030 году строительство обитаемой станции на Луне, Китай — к 2040-2060 годам. Тем не менее, все эти сроки постоянно сдвигаются и вряд ли будут реализованы, т.к. основная причина участия в лунной гонке — политический престиж страны. Вторая возможная по значимости причина для строительства лунной базы — космический туризм. Я считаю, что Луна лучше подходит для новых возможностей изучения планетологии, биологии, физики/химии металлов (металлообработка и материаловедение). А для астрономии экономически это слишком дорого и нецелесообразно.

Источники:
https://ru.wikipedia.org/wiki/Колонизация_Луны
http://www.boston.com/bostonglobe/ideas/brainiac/2007/04/the_moon_as_tel.html
https://otvet.mail.ru/question/33003837

P.S. Писал за вечер, немного не рассчитал время….


О записи