Среди ближайших по масштабу проектов — интерферометр MoonLITE с двумя телескопами на расстоянии 100 м и массив AeSI из 15 инструментов с базой почти 1 км.
Луна может стать площадкой для астрономических обсерваторий, которые невозможно построить на Земле или вывести на орбиту в привычном виде. В обзорной работе From Early Concepts to Lunar Hypertelescopes: Roadmap for Next-Generation Optical Astronomy on the Moon международная группа учёных рассмотрела уже реализованные эксперименты, проекты лунных телескопов и предложила последовательность этапов, ведущих к созданию оптических интерферометров с базой в несколько километров. Авторы свели в единую схему разработки разной степени готовности и обозначили необходимые технологические шаги.
Практическая основа для таких планов уже появилась. В 2013 году китайская миссия «Чанъэ-3» доставила на Луну телескоп Lunar-based Ultraviolet Telescope (LUT), работающий в ближнем ультрафиолетовом диапазоне 245–340 нм. Он наблюдал переменные звёзды и кратковременные астрономические явления. Отдельно авторы указывают на наземные примеры гипертелескопа во французских Альпах: они позволили проверить объединение данных от разнесённых оптических элементов и получение изображений с высоким угловым разрешением. Это важный промежуточный этап: прежде чем размещать сложную систему на Луне, её ключевые принципы проверяют на Земле.
Один из конкретных проектов следующего уровня — MoonLITE (Lunar InTerferometry Explorer). Концепция предусматривает доставку на лунную поверхность двух телескопов с помощью посадочного аппарата и ровера в рамках коммерческой программы NASA Commercial Lunar Payload Services (CLPS). Ровер должен разместить инструменты в 100 м друг от друга, чтобы они работали как оптический интерферометр — система, объединяющая принимаемый свет нескольких телескопов. Проект был подробно представлен в программе NASA Astrophysics Pioneers.
Источник изображения: сгенерировано Muse
Более масштабную архитектуру предлагает AeSI (Artemis-enabled Stellar Imager) — лунный ультрафиолетовый и оптический интерферометр, концепция которого изучается в рамках программы NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC). В проекте рассматривается перестраиваемый массив из 15 телескопов, разнесённых на расстояние почти 1 км. Такая система должна позволить получать изображения поверхностей звёзд, активных ядер галактик и аккреционных дисков — областей, где вещество движется вокруг компактных объектов, включая чёрные дыры. Авторы также рассматривают возможность изучения деталей поверхности ближайших экзопланет. В дальнейшем массив предполагается расширять.
Общую последовательность развития лунных обсерваторий авторы разбили на 4 этапа. Сначала предлагается отправить небольшие роботизированные демонстраторы к уже существующим районам посадок: они должны оценить условия наблюдений, изучить распространение и оседание пыли, проверить температурную стабильность, автономную работу и передачу данных. В качестве возможностей для таких миссий рассматриваются программы Artemis и CLPS. Затем на Луне предлагается разместить отдельные телескопы с зеркалами диаметром от 1 до 10 м. Они должны обеспечить полноценные научные наблюдения и позволить проверить долговременную работу приборов, системы наведения и роботизированное обслуживание.
Третий этап — создание интерферометрических массивов с базой от десятков до сотен метров. Несколько телескопов предстоит связать системой когерентного объединения света, то есть синхронизировать принимаемые сигналы так, чтобы они формировали единое изображение. Для этого потребуются лазерная метрология, стабилизация оптических путей с нанометровой точностью и точный контроль взаимного положения инструментов. Финальный этап — гипертелескопы с сотнями или даже тысячами отдельных оптических элементов, распределённых на километры. Их разрешение будет определяться расстоянием между крайними элементами массива, а не размером каждого отдельного зеркала. Именно такая архитектура может открыть возможность прямого получения изображений экзопланет земной группы и изучения объектов с беспрецедентной детализацией.
Помимо оптических интерферометров, работа рассматривает и другие направления лунной астрономии. В постоянно затенённых кратерах у полюсов предлагают размещать крупные инфракрасные телескопы: низкая температура таких районов, потенциально ниже 40 К, уменьшает тепловой фон, мешающий наблюдениям. Среди упомянутых концепций — Lunar Infrared Telescope (LIT), варианты космической обсерватории LUVOIR, адаптированные для Луны, и FarSide Explorer. Для таких установок рассматриваются зеркала диаметром от 4 м, пассивное охлаждение и автономная работа с роботизированным обслуживанием. Предложены и проекты обычных крупных оптических телескопов с апертурой 50–100 м, которые могли бы использовать естественный рельеф кратеров и модульные зеркала.
Переход к таким обсерваториям потребует решения нескольких инженерных задач. Доставка крупной и хрупкой оптики на Луну остаётся дорогой, а автономная сборка и юстировка требуют высокой точности. Мелкая абразивная пыль может оседать на зеркалах и механизмах, а 14-дневная лунная ночь осложняет энергоснабжение: одной солнечной энергетики может оказаться недостаточно. Температура поверхности меняется от −170 °C ночью до более чем +120 °C под прямым солнечным светом, что создаёт риск деформации конструкций и нарушения оптической настройки. Поэтому авторы предлагают двигаться постепенно — проверять технологии на небольших установках, накапливать опыт эксплуатации и лишь затем переходить к распределённым массивам. Вся эта дорожная карта рассчитана на развитие в течение нескольких десятилетий.
