NASA’nın ticari ay yük hizmetleri sayesinde MoonLITE ile ay yüzeyinden yıldızların incelenmesi

Optik interferometri, tek bir büyük teleskop gibi hareket eden birkaç ayrı teleskop kullanmayı içeren uzun zamandır kanıtlanmış bir bilimsel yöntemdir, böylece her bir teleskopun ayrı ayrı çalışmasına kıyasla daha doğru veriler elde edilir. Ancak, Dünya’nın kaotik atmosferi genellikle yer tabanlı bilime ulaşmayı zorlaştırır, peki ya bunu Ay’da yapabilirsek?

Bu ne bir son çalışma SPIE Astronomik Teleskoplar + Enstrümantasyon 2024’te sunuldu ve şu adreste mevcut: arXiv Ön baskı sunucusu, NASA Astrofizik Öncüleri programının bir parçası olarak MoonLITE’ı (Lunar InTerferometry Explorer) öneren bir araştırmacı ekibinin ele almasını umuyor.

Bu aynı araştırma ekibinin yakın zamanda Büyük Saçak Teleskobu’nu önermesinden sonra geldi (BFT)Dünya’ya inşa edilecek ve parlak yıldızları gözlemlemeyi amaçlayan 2,2 kilometrelik bir interferometre teleskopu.

Burada, Universe Today, Arizona, Flagstaff’taki Lowell Gözlemevi’nde gökbilimci olan Dr. Gerard van Belle ile MoonLITE’ı, MoonLITE’ı önermenin ardındaki motivasyon, ulaşmayı umdukları bilim, ay yüzeyi konum tercihi, MoonLITE’ın maliyeti ve MoonLITE’ı gerçeğe dönüştürmek için atılacak sonraki adımlar hakkında tartışıyor. Peki, MoonLITE’ı önermenin ardındaki motivasyon nedir?

“Süper hassas yüksek çözünürlüklü optik interferometri yapmanın önündeki gerçek engel Dünya’nın atmosferidir,” diyor Dr. van Belle. “Bu kaynayan, türbülanslı bir ortamdır, bu da teleskobunuzun pozlama süresinin nihayetinde bir milisaniyeden daha az bir süreyle sınırlı olduğu anlamına gelir.

“Bundan daha uzun pozlama yapan teleskoplar daha fazla hassasiyete ulaşabilir, ancak açısal çözünürlük pahasına – nesneler bulanıklaşır. İki inçlik (50 mm) açıklıklara sahip MoonLITE, karasal 8 metrelik toplama açıklıklarından bin kat daha hassas olacaktır, çünkü bir seferde dakikalarca bakabilir.

Dünya’daki milisaniyelik pozlama süreleriyle karşılaştırıldığında, bu küçük on sentlik mağaza büyüklüğündeki teleskopların yakaladığı ışık miktarı, deklanşör açıldıktan sonraki ilk saniye içinde dev endüstriyel tesislerdeki teleskopların yakaladığı ışık miktarını aşıyor.”

Son zamanlarda önerilen BFT’ye benzer şekilde, MoonLITE’ın başarmayı umduğu bir dizi bilimsel hedefi var, çünkü çalışma düşük kütleli yıldızların (M-cüceler) ve kahverengi cücelerin, genç yıldız nesnelerinin (YSO’lar) ve aktif galaktik çekirdeklerin (AGN) yarıçaplarını incelemek de dahil olmak üzere üç bilimsel vakayı belirtiyor. M-cüceler ve kahverengi cüceler için ekip, yer tabanlı teleskoplardan gözlemlemenin zor olduğu kanıtlandığından, boyutları ve sıcaklıkları hakkında uzun zamandır aranan verileri elde etmeyi hedefliyor.

YSO’lar için araştırmacılar, MoonLITE’ın bu yıldızların iç bölgelerini ve yıldız boyutlarını da belirleyebilmesiyle, ana dizi öncesi yıldızların protoplaneter diskleri içindeki yaşanabilir dış gezegenlerin oluşumu ve evrimi hakkında daha fazla bilgi edinmeyi umuyorlar.

AGN’ler için araştırmacılar, süper kütleli kara delikler ve özellikle onlardan yayılan jetler hakkında daha fazla bilgi edinmeyi hedefliyorlar ve MoonLITE bu nesneleri ilk kez optik dalga boylarında gözlemleyebiliyor. Peki bu üç bilimsel vakadan başka neler öğrenebiliriz?

“Dolayısıyla, aslında bundan daha fazla bilimsel vakamız var – o kadar çok ki, MoonLITE’ın yeni yeteneklerinin tüm temelleri kapsayacak şekilde kolektif hayal gücümüzün ötesinde olduğunu fark ettik,” diyor Dr. van Belle. “Bu yüzden, programa, topluluk tarafından rekabetçi bir seçim için koymak üzere genel gözlem süresinin %20’lik bir dilimini dahil ettik – bilirsiniz, gerçekten yaratıcı fikirler için kitlesel kaynak.

“Yazdığımız üçü, Dünya yüzeyinden daha fazla hassasiyetle neler yapılabileceğini vurguladığını düşündüğümüz şeylerdi. Örneğin, en küçük yıldızlar (Güneşimizin %10’u büyüklüğünde) aynı zamanda en sönük olanlardır. Ve bunların boyutlarını ölçmek karasal interferometrelerin erişemeyeceği bir şeydir.

“Aynı şey YSO’lar ve AGN’ler için de geçerli; Dünya’dan yapılabilecek birkaç örnek var, ancak daha genel örnekler için; süper parlak tuhaf cisimleri değil, daha tipik nesneleri temsil edenler için çok fazla hassasiyete ihtiyacınız var.”

MoonLITE’ın benzersiz yönlerinden biri de NASA’nın Ticari Ay Yük Hizmetleri (CLPS) aracılığıyla ay yüzeyine getirilebilmesi. CLPS, hem Artemis Programı kapsamındaki insan misyonlarına hem de MoonLITE gibi evreni daha iyi anlamamızı sağlayacak bilimsel misyonlara yardımcı olabilecek teknolojileri test etmek için bilimsel ve teknik yükleri aya ulaştırmak üzere özel sektörle yapılan bir iş birliğidir.

Yaklaşan CLPS görevlerine katılan şirketlere örnek olarak Intuitive Machines, Astrobiotic, Firefly Aerospace ve Draper verilebilir; bunların hepsi ay yüzeyindeki çeşitli yerlere yük taşıyor. Peki MoonLITE’ın en iyi çalışacağı belirli bir yer var mı?

Dr. van Belle, “MoonLITE’ı tamamen siteden bağımsız olacak şekilde tasarladık,” diyor. “Bunun gibi küçük bir deney için, küçük bir misafir olarak bir NASA CLPS iniş aracına binecek ve yolculuğunuza asgari sayıda gereksinim koymak, yolculuk ataması alma şansınızı artırır. Yani kutup veya ekvatoral enlemler, hem yakın hem de uzak taraf işe yarar.”

Belirtildiği üzere, aynı araştırmacı ekibi yakın zamanda 0,5 metre çapında 16 küçük teleskoptan oluşan 2,2 kilometrelik bir interferometre teleskopu olması planlanan Big Fringe Telescope’u önerdi. İkili yıldız sistemlerini gözlemlemek ve gezegen dışı geçiş “filmleri” yapmak gibi son teknoloji bilimsel çalışmalar yürütmenin yanı sıra, BFT’nin en dikkat çekici özelliklerinden biri, dünyadaki mevcut optik interferometrelere kıyasla son derece düşük maliyetidir ve yaklaşık 28.496.000 dolarlık bir fiyat etiketine sahiptir.

Buna karşılık, dört adet 8,2 metrelik teleskop ve dört adet hareketli 1,8 metrelik teleskoptan oluşan Avrupa Güney Gözlemevi’nin Çok Büyük Teleskop İnterferometresi’nin (VLTI) maliyetinin yüz milyonlarca dolar olduğu tahmin ediliyor. Bu nedenle, MoonLITE’ın diğer Dünya tabanlı interferometrelere kıyasla potansiyel maliyeti nedir?

“MoonLITE, NASA Pioneers teklif çağrısı için maliyet kutusu içinde çalışmak üzere tasarlandı,” diyor Dr. van Belle. “Bu CfP [Call for Projects] birkaç şey şart koşuyor: %25 taahhüt edilmemiş rezerv dahil 20 milyon dolarlık bir maliyet sınırı, dolayısıyla faaliyetler ve donanım için gerçek bütçelenen seviye 15 milyon dolardı.

CfP bazı şeyleri talep etmenize izin veriyor—ilk olarak, bir CLPS yolculuğu, ancak daha sonra 50 kg’lık CLPS kütle sınırına uymanız gerekiyor. CfP’deki varsayımsal CLPS iniş aracı başka şeyler de sağlamak içindi—güç, iletişim, bir geziciyle hareket kabiliyeti. Yani, aslında o CLPS yolculuğunda epeyce ayni destek var.”

NASA’ya bir teklif sunmak, aşamalar olarak da bilinen birkaç adımı içeren çok derinlemesine bir süreçtir ve kabul edilmeden önce genellikle birkaç ret ve iyileştirme ile sonuçlanan çok düşük bir kabul oranına sahiptir. Bu teklifler, CubeSat’lardan tam teşekküllü, çok milyar dolarlık uzay görevlerine kadar uzanır ve çoğu, seçildikten sonra bile gerçek dünya görevlerine dönüşmeleri yıllar alır.

Örneğin, Ocak 2021 Astrofizik Öncüleri Programı’nda daha da geliştirilmek üzere seçilen dört tekliften (Aspera, Pandora, StarBurst ve PUEO) yalnızca ikisinin kesin fırlatma tarihleri ​​var (StarBurst 2027’de ve PUEO 2025’te).

Bu nedenle, MoonLITE ilerleme için seçilirse, bilimsel çalışmalar yapmak üzere resmen ay yüzeyine inmesi yıllar, hatta on yıllar alabilir. Ne yazık ki, Dr. van Bells, 2024 Pioneers teklif döneminin federal bütçe sorunları nedeniyle iptal edildiğini söylese de, MoonLITE’ı gerçeğe dönüştürmek için atılacak bir sonraki adımlar nelerdir?

“2023 NASA Pioneers çağrısına başvurduk ve reddedildik,” diyor Dr. van Belle. “Ancak iyi bir inceleme aldık ve işleri iyileştirmeye, algılanan sorunları ele almaya ve yeniden başvurmaya teşvik edildik. Bazı laboratuvar ve yer tabanlı testler yaparak riski azaltmaya çalışıyoruz.

“Bu, MoonLITE’ın bir diğer güzel unsurudur—sadece yerde temsili bir sistem inşa edebilir ve doğrudan burada test edebiliriz. Ay’da elde ettiğimiz gibi mükemmel bir hassasiyet elde edemeyiz, ancak bunun dışında aynı şekilde çalışacaktır—sadece Dünya’dan buradaki parlak şeylere bakmamız gerekiyor. Bu nedenle, inceleme panelindeki bu sorunların bazılarını ele almak ve 2025 için yeniden sunmak istiyoruz.”

NASA, 1972’den beri ilk kez Artemis Programı ile insanları aya geri göndermeye hazırlanırken, ay yüzeyinde ulaşılabilecek bilim seviyesi benzeri görülmemiş düzeydedir. Bu, özellikle ayın atmosferinin olmaması, daha doğru verilerin elde edilmesine olanak sağlaması ve bilim insanlarına evrenimiz ve içindeki yerimiz hakkında daha fazla anlayış sağlaması nedeniyle belirgindir.

Bilim insanları MoonLITE ile, ay yüzeyinin herhangi bir yerinden düşük kütleli yıldızlar ve kahverengi cüceler, genç yıldız nesneleri ve aktif galaktik çekirdekler hakkında bilgi edinmeyi umuyorlar. Bu sayede, gözlem yeri seçiminde ve hangi gök cisimlerinin gözlemlenebileceğinde daha fazla çeşitlilik sağlanacak.

Dr. van Belle, Universe Today’e yaptığı açıklamada, “MoonLITE çok heyecan verici; sadece çok uygun fiyatlı bir pakette gerçekten yüksek etkili bir deney olması nedeniyle değil, aynı zamanda tüm yaklaşımın işe yaradığını ve çok daha ileri götürülebileceğini göstermesi nedeniyle de.” dedi.

“Örneğin, bir ay interferometresinden elde edilen yüksek hassasiyetli astrometri, karasal ölçekteki güneş dışı gezegenlerin kütlelerini karakterize edebilir. 2040’ların Yaşanabilir Dünyalar Gözlemevi’nden önce kütle ölçümlerine ihtiyaç duyuluyor, böylece elde edilecek spektral HWO anlaşılabilir ve bu spektrumlar yaşam belirtileri açısından birbirinden ayrılabilir.”