• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Lunar krater radioteleskop:Belyser den kosmiska mörka medeltiden

    Denna illustration visar ett konceptuellt Lunar Crater Radio Telescope på månens bortre sida. Kredit:  Vladimir Vustyansky

    Efter år av utveckling, Lunar Crater Radio Telescope (LCRT)-projektet har tilldelats $500, 000 för att stödja ytterligare arbete när det går in i Fas II av NASA:s Innovative Advanced Concepts (NIAC)-program. Även om det ännu inte är ett NASA-uppdrag, LCRT beskriver ett uppdragskoncept som skulle kunna förändra mänsklighetens syn på kosmos.

    LCRT:s primära mål skulle vara att mäta de långvågiga radiovågorna som genererades av den kosmiska mörka medeltiden - en period som varade i några hundra miljoner år efter Big Bang, men innan de första stjärnorna blinkade till. Kosmologer vet lite om denna period, men kom svaren på några av vetenskapens största mysterier kan vara låsta i de långvågiga radioutsläppen som genereras av gasen som skulle ha fyllt universum under den tiden.

    "Medan det inte fanns några stjärnor, det fanns gott om väte under universums mörka medelålder – väte som så småningom skulle fungera som råvara för de första stjärnorna, sade Joseph Lazio, radioastronom vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien och en medlem av LCRT-teamet. "Med ett tillräckligt stort radioteleskop utanför jorden, vi kunde spåra processerna som skulle leda till bildandet av de första stjärnorna, kanske till och med hitta ledtrådar till den mörka materiens natur."

    Radioteleskop på jorden kan inte undersöka denna mystiska period eftersom de långvågiga radiovågorna från den tiden reflekteras av ett lager av joner och elektroner på toppen av vår atmosfär, en region som kallas jonosfären. Slumpmässiga radioutsläpp från vår bullriga civilisation kan också störa radioastronomi, dränker de svagaste signalerna.

    Men på månens bortre sida, det finns ingen atmosfär som reflekterar dessa signaler, och månen själv skulle blockera jordens radioprat. Månens bortre sida kan vara den främsta fastigheten för att utföra oöverträffade studier av det tidiga universum.

    I den här illustrationen, mottagaren kan ses hängande över skålen via ett system av kablar förankrade vid kraterns kant. Kredit: Vladimir Vustyansky

    "Radioteleskop på jorden kan inte se kosmiska radiovågor på cirka 10 meter eller längre på grund av vår jonosfär, så det finns en hel region av universum som vi helt enkelt inte kan se, sa Saptarshi Bandyopadhyay, en robottekniker vid JPL och den ledande forskaren på LCRT-projektet. "Men tidigare idéer om att bygga en radioantenn på månen har varit mycket resurskrävande och komplicerade, så vi var tvungna att hitta på något annat."

    Byggande Teleskop Med Robotar

    Att vara känslig för långa radiovåglängder, LCRT skulle behöva vara enormt. Tanken är att skapa en antenn över en halv mil (1 kilometer) bred i en krater som är över 2 mil (3 kilometer) bred. De största radioteleskopen med en skål på jorden—som 1, 600 fot (500 meter) femhundra meter Aperture Spherical Telescope (FAST) i Kina och den nu inoperativa 1, 000 fot breda (305 meter breda) Arecibo Observatory i Puerto Rico – byggdes inuti naturliga skålliknande fördjupningar i landskapet för att ge en stödstruktur.

    Denna klass av radioteleskop använder tusentals reflekterande paneler upphängda inuti fördjupningen för att göra hela skålens yta reflekterande för radiovågor. Mottagaren hänger sedan via ett system av kablar i en brännpunkt över parabolen, förankrade av torn vid skålens omkrets, för att mäta radiovågorna som studsar från den krökta ytan nedanför. Men trots sin storlek och komplexitet, även FAST är inte känsligt för radiovåglängder längre än cirka 14 fot (4,3 meter).

    Med sitt team av ingenjörer, robotiker, och forskare vid JPL, Bandyopadhyay kondenserade denna klass av radioteleskop ner till sin mest grundläggande form. Deras koncept eliminerar behovet av att transportera oöverkomligt tungt material till månen och använder robotar för att automatisera byggprocessen. Istället för att använda tusentals reflekterande paneler för att fokusera inkommande radiovågor, LCRT skulle vara gjord av tunt trådnät i mitten av kratern. En rymdfarkost skulle leverera nätet, och en separat landare skulle deponera DuAxel rovers för att bygga skålen över flera dagar eller veckor.

    Som visas i den här illustrationen, DuAxel rovers kunde förankra trådnätet från kraterns kant. Kredit:  Vladimir Vustyansky

    DuAxel, ett robotkoncept som utvecklas på JPL, består av två enaxlade rovers (kallade Axel) som kan lossa från varandra men förbli anslutna via en tjuder. Ena halvan skulle fungera som ett ankare vid kraterns kant när den andra rappellerar ner för att bygga.

    "DuAxel löser många av problemen förknippade med att hänga upp en så stor antenn inuti en månkrater, sa Patrick Mcgarey, också en robottekniker på JPL och en teammedlem i LCRT- och DuAxel-projekten. "Enskilda Axel-rovers kan köra in i kratern medan de är bundna, anslut till kablarna, applicera spänning, och lyft upp ledningarna för att hänga upp antennen."

    Identifiera utmaningar

    För att teamet ska ta projektet till nästa nivå, de kommer att använda NIACs fas II-finansiering för att förfina teleskopets kapacitet och de olika uppdragsstrategierna samtidigt som de identifierar utmaningarna längs vägen.

    En av teamets största utmaningar under denna fas är utformningen av trådnätet. För att behålla sin paraboliska form och exakta avstånd mellan ledningarna, nätet måste vara både starkt och flexibelt, men ändå lätt nog att transporteras. Nätet måste också kunna motstå de vilda temperaturförändringarna på månens yta – från så lågt som minus 280 grader Fahrenheit (minus 173 grader Celsius) till så högt som 260 grader Fahrenheit (127 grader Celsius) – utan att skeva eller misslyckas.

    En annan utmaning är att identifiera om DuAxel rovers ska vara helt automatiserade eller involvera en mänsklig operatör i beslutsprocessen. Kan konstruktionen DuAxels också kompletteras med andra konstruktionstekniker? Att skjuta harpuner in i månens yta, till exempel, kanske bättre förankrar LCRT:s mesh, kräver färre robotar.

    Också, medan månens bortre sida är "radiotyst" för tillfället, som kan förändras i framtiden. Kinas rymdorganisation har för närvarande ett uppdrag att utforska månens bortre sida, trots allt, och ytterligare utveckling av månens yta kan påverka möjliga radioastronomiprojekt.

    Under de kommande två åren, LCRT-teamet kommer också att arbeta för att identifiera andra utmaningar och frågor. Skulle de lyckas, de kan väljas ut för vidareutveckling, en iterativ process som inspirerar Bandyopadhyay.

    "Utvecklingen av detta koncept kan ge några betydande genombrott längs vägen, särskilt för utbyggnadsteknik och användning av robotar för att bygga gigantiska strukturer utanför jorden, " sa han. "Jag är stolt över att arbeta med detta mångsidiga team av experter som inspirerar världen att tänka på stora idéer som kan göra banbrytande upptäckter om universum vi lever i."


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com