Космический GPS и идеальные часы. Ученые планируют разместить лазерные системы в кратерах Луны
На южном полюсе Луны есть места, куда не заглядывает солнце. Именно там, где царит холод и почти абсолютный вакуум, исследователи предлагают развернуть сверхстабильные лазерные системы.
Расчет прост: создать ультимативно точную систему отсчета времени и навигации для дальних космических миссий, использовав естественные преимущества спутника. Все упирается в условия. В лунных «ловушках темноты» температура стабильно держится на уровне каких-то 50 Кельвинов. Для чувствительной высококоновой оптики это идеальное убежище, ведь здесь нет земного теплового шума, сейсмической нестабильности поверхности и вибраций, которые постоянно сбивают настройки приборов на Земле, пишет Иnteresting Еngineering.
Сердцем новой технологии должен стать оптический кремниевый резонатор. Его задача — пропускать между двумя зеркалами лишь строго определенные световые частоты, что позволяет «намертво» зафиксировать сигнал подключенного лазера. Полученный луч будет иметь частоту, которая вообще не дрейфует со временем. Луна здесь выигрывает у любой земной лаборатории: безвоздушное пространство, минимальная сейсмика и полный термический покой дают тот уровень стабильности, который на нашей планете просто недостижим.
Физик Джун Е, который работает с JILA и Национальным институтом стандартов и технологий, объясняет: постоянно затененные кратеры устраняют колоссальное количество препятствий.
Главная фишка в том, что если сбрасывать остаточное тепло резонатора в ледяную бездну космоса, систему можно самоохладить до 16 К. Для этого не нужны тяжелые криостаты или дополнительная аппаратура. А при такой температуре кремний перестает реагировать на микроскопические колебания среды — он не сжимается и не расширяется. Значит, дистанция между зеркалами внутри резонатора остается абсолютно неизменной, что и гарантирует стабильность световой волны. Даже малейшее физическое смещение на Земле меняет частоту лазера, но на Луне эти колебания сводятся почти к нулю.
Работать это будет так: обычный лазер, который можно купить на рынке, синхронизируют с резонансной частотой кремниевой полости. Стабилизированный таким образом луч станет опорным сигналом для координации и отсчета времени на всей лунной территории.
Фактически, речь идет о создании локального лунного аналога GPS. Эта инфраструктура закроет вопрос с посадкой кораблей в зонах с нулевой видимостью и обеспечит базой оптические атомные часы за пределами Земли.
Если расставить несколько таких лазерных точек, появится возможность измерять расстояния между объектами с погрешностью в считанные микроны. А это уже шаг к фиксации экзотических физических явлений — например, ряби пространства-времени. Кроме того, сеть приборов сможет работать как детектор гравитационных волн, фиксируя малейшие движения лунного грунта и инструментов.
Технически развертывание планируют реализовать во время следующих этапов программы Artemis. Роботы или астронавты доставят готовые блоки резонаторов прямо вглубь темных кратеров, а лазерный источник установят неподалеку.
В случае успеха человечество получит единый лунный стандарт времени и сверхскоростные каналы оптической связи между Землей и ее спутником. Первые прототипы ученые хотят протестировать на низкой околоземной орбите уже через несколько лет, а полноценный старт миссии на Луне намечен на конец этого десятилетия.