Большие пляжные мячики: вот так будут выглядеть новые космические телескопы

Если у нас когда-нибудь будут гигантские надувные телескопы в космосе, можете сказать спасибо маме Криса Уокера. Несколько лет назад Уокер делал шоколадный пудинг, как вдруг ему пришлось прервать свое кулинарное дело и позвонить маме. Он снял пудинг с плиты, накрыл его полиэтиленовой пленкой и поставил горшок на пол возле кушетки. После разговора он с удивлением обнаружил изображение лампочки от лампы неподалеку, парящее над концом кушетки. Исследовав причину этого явления, он обнаружил, что карман холодного воздуха, который образовался при охлаждении пудинга, привел к провисанию пластиковой упаковки к пудингу. Фактически это сформировало линзу, которая отражала лампочку.

Надувной телескоп: как это работает

«Я подумал: это круто, но применения нет», говорит Уокер, профессор астрономии в Университете Аризоны. Но 30 лет спустя он нашел применение в качестве основы для предложения, которое было направлено в NASA Innovative Advanced Concepts, программы финансирования разнообразных аэрокосмических идей.

Суть предложения была в том, чтобы превратить гигантский надувной пляжный мяч в космический телескоп. Такой суборбитальный аэростатный отражатель не сталкивался бы с помехами, как наземные телескопы. Кроме того, его можно было бы легко масштабировать, тем самым открыв огромные просторы вселенной для наблюдения без изрядного ценника, связанного со строительством больших и прочных телескопов.

Идея создания большого воздушного отражателя возникла в результат работы Уокера над стратосферной терагерцевой обсерваторией (Stratospheric Terahertz Observatory), однометровым телескопом, прикрепленным к высотному воздушному шару, который в течение нескольких недель в 2012 году летал в верхних слоях атмосферы над Антарктидой. Уокер наблюдал, как воздушный шар надувается 15 миллионами кубометров гелия, и ему пришло в голову, что на воздушном шаре было много пустого места для такого маленького телескопы. Было бы неплохо использовать сам воздушный шар в качестве обсерватории. Это наблюдение в сочетании с памятью о том инциденте с пудингом десятки лет назад привело к созданию первого надувного телескопа.

В 2014 году Уокер и его студенты изготовили первый прототип большого надувного отражателя из большой надувной пластиковой сферы, проданной китайским производителем игрушек. Этот шар был рассчитан на то, чтобы люди лазили внутри, однако ему нашли применение в радиоастрономии. Уокер подвесил антенну внутри шара и распылил внутри металлическую краску для создания отражающей поверхности. Эта примитивная установка позволила Уокеру и его ученикам проводить радионаблюдения за солнцем с крыши астрономического здания в Университете Аризоны. И хотя его не отправляли в верхние слои атмосферы, было очевидно, что даже очень простая версия телескопа может дать хорошие результаты.

Как работают надувные телескопы?

Уокер понял, что настоящие преимущества от сферического надувного телескопа проявятся в космосе. Традиционные радиотелескопы используют параболические тарелки в качестве отражателей, которые собирают излучение и фокусируют его на определенной точке. Хотя это, в принципе, работает, астрономы должны перемещать всю тарелку так, чтобы она указывала на определенное место, а это неудобно, когда телескоп оказывается в космосе. Благодаря конструкции Уокера, можно направлять телескоп, перемещая антенну внутри сферы, не двигая телескопом целиком. Сферический телескоп также обладает широким полем обзора, поэтому может визуализировать крупные порции вселенной без движения.

Надувной телескоп Уокера — далеко не первый случай, когда NASA проявляет интерес к пляжным мячикам в космосе. В начале 1960-х годах NASA запускало Echo 1 и Echo 2, которые представляли собой массивные отражатели, способные пассивно отражать радиосигналы по всему миру. Но никто никогда не применял эту концепцию для наблюдения далекого космоса. Доказав, что его большой шаровой отражатель работает, Уокер получил грант на разработку космической версии надувного телескопа.

Так родился Terahertz Space Telescope — надувной мячик 40 метров в диаметре с управляемой антенной внутри. Поскольку давление газа в космосе очень низкое, Уокер говорит, что можно было бы надувать массивный телескоп, используя меньше газа — азота или неона, из-за низких температур замерзания — чем требуется для надувания шара на Земле. Очевидно, космический мусор и микрометеороиды представляют собой проблему для надувных объектов на орбите, но Уокер говорит, что медленная диффузия газа в телескопе означает, что на то, чтобы он сдулся, уйдут годы.

Диаметр телескопа будет около 25 метров. Для сравнения: линза космического телескопа Джеймса Вебба, запуск которого запланирован на 2021 год, диаметром 6,5 метра. Разница в цене еще более существенная: Уокер рассчитывает, что на запуск его телескопа потребуется 200 миллионов долларов, тогда как «Джеймс Вебб» обойдется в 10 миллиардов долларов к моменту запуска.

Осталось только построить его. Если все получится, Terahertz Space Telescope сможет наблюдать Вселенную, используя длины волн, позволяющие ему обнаружить наличие воды в глубоком космосе. Это значит, что мы сможем найти астероиды с высоким содержанием воды в нашей Солнечной системе или даже воду в обитаемых зонах других солнечных систем.