Lunární gravitační observatoř by mohla pozorovat 70 procent vesmíru  
Země je hodně rušné místo, kde je frustrující dělat gravitační astronomii. Na Měsíci je mrtvolný klid a také vakuum, což z něj dělá ideální místo pro gravitační observatoř. Lunární gravitační detektory by měly být neuvěřitelně citlivé. Mohly by nám otevřít dveře k nové fyzice a zároveň by daly smysl trvalé přítomnosti na Měsíci. NASA má o čem přemýšlet.
Gravitační observatoř na Měsíci. Kredit: Karan Jani.
Gravitační observatoř na Měsíci. Kredit: Karan Jani.

Detekce gravitačních vln je ošidná záležitost. Potřebujete nesmírně citlivé přístroje, které jsou velice háklivé na vnější rušivé vlivy. Země je přitom plná otřesů, ať už přírodního původu anebo v důsledku rozličných lidských aktivit. Pro pozorování gravitačních vln je to zničující. Co kdybychom ale vybudovali gravitační observatoř na Měsíci? Právě to navrhují Karan Jani z americké Vanderbilt University a Avi Loeb z Harvard Harvard University.

 

Karan Jani. Kredit: Vanderbilt University.
Karan Jani. Kredit: Vanderbilt University.

Na Zemi detekujeme gravitační vlny událostí, které náležejí k těm nejvíce energetickým v celém vesmíru. Jako jsou srážky černých děr neutronových hvězd. Jenomže k nim dochází ve vzdálenosti milionů a miliard světelných let a na Zemi zavlní realitou jenom asi o tisícinu velikosti fotonu. Detekovat něco takového chce velmi rozsáhlé a přitom neuvěřitelně citlivé aparatury, které jsou pochopitelně neustále ovlivňované všemožnými šumy a vibracemi z okolí.

 

Jani s Loebem navrhují pozorovat gravitační vlny na Měsíci. Nedávno představili koncept observatoře Gravitational-wave Lunar Observatory for Cosmology (GLOC), kterou bychom mohli vybudovat na povrchu Luny. Tam je oproti Zemi až děsivý klid. Měsíc se sice také třese, ale lunární zemětřesení jsou mnohem slabší a méně častá než ta pozemská. Další výhodou je, že na Měsíci je prakticky vakuum, kdežto na Zemi musíme takové podmínky pracně vytvářet a udržovat.

 

Logo. Kredit: Vanderbilt University.
Logo. Kredit: Vanderbilt University.

Díky měsíčnímu prostředí by observatoř GLOC měla být v detekci gravitačních vln mnohem citlivější než pozemní observatoře. Jak uvádějí autoři návrhu, lunární observatoř tohoto typu by měla být schopná ulovit gravitační vlny ze 70 procent pozorovatelného vesmíru. Také by měla detekovat gravitační vlny o frekvencích, jaké jsou na Zemi z výše uvedených důvodů prakticky nezachytitelné. Zní to velmi slibně.

 

Jak říká Loeb, Měsíc je pro gravitační astronomii ideální. Nemá atmosféru ani silnější seismickou aktivitu. Observatoř GLOC by mohla nabídnout unikátní citlivost gravitačních detektorů a s trochou štěstí by nás mohla navést na novou fyziku. Podle Loeba by to mohl být drahokam v koruně lunární vědy. Postavit takovou observatoř pochopitelně nebude snadné, ale vyplatilo by se to.

 

Video: Vanderbilt Astrophysicist outlines plans for the first gravitational wave observatory on the moon

 

Literatura

Vanderbilt University 21. 7. 2021.

Journal of Cosmology and Astroparticle Physics online 24. 6. 2021.

Datum: 25.07.2021
Tisk článku

Související články:

NASA plánuje radioteleskop na odvrácené straně Měsíce     Autor: Stanislav Mihulka (16.04.2020)
Slušná sklizeň: Gravitační observatoře detekovaly 39 nových gravitačních vln     Autor: Stanislav Mihulka (01.11.2020)
Galaktická observatoř NANOGrav zřejmě zachytila gravitační šepot vesmíru     Autor: Stanislav Mihulka (15.01.2021)



Diskuze:

Samé "výhody"

Pavel K2,2021-07-25 18:36:14

Tak na Měsíci by to mělo ty "výhody", že by bylo nutné vykopat hluboké rigoly, aby se při velkém zaoblení Měsíce dosáhlo alespoň trochu slušné vzdálenosti a dále by bylo nutné ze Země startovat nejen se třemi základnami, ale ještě taky s jejich přistávacími moduly.
Kromě toho u gravitační astronomie nemá odstínění hmotou Měsíce žádný (pozitivní) vliv. Takže na Měsíc by hodil téměř jakýkoli elmag. přijímač (teleskop a tak), který by měl spoustu výhod, ale gravitační přijímač je celkem blbost, pouze komplikující celou situaci.

Odpovědět


Re: Samé "výhody"

Zdeněk Kratochvíl,2021-07-25 19:34:43

To snad někdo od fochu posoudí, zda je větší problém stavět vyzkoušenou technologii na Měsíci, nebo v libračních centrech či ještě dál umístit (pravděpodobně mnohem snadněji) mnohem náročnější technologii (extrémně náročnou). To nevím.
S těmi rigoly to nemusí být tak zlé, při délce ramen 4 km jako snad má LIGO to pro Měsíc odhadem vychází na něco přes dva metry prohloubení uprostřed. Možná by se to našlo v nějaké hodně mírné terénní prohlubni. Problém je v ostatním, to souhlasím, jen neznám, jak velký je v dohledné době problém s novou technologií v prostoru.

Odpovědět


Re: Samé "výhody"

Am Am,2021-07-25 19:37:18

rigoly nejsou nutnost, lze pouzit veze, ktere lze roboticky poskladat z tyci
vakum je mozna kvuli nehybnosti paprsku laseru, nikoli kvuli prekazce pro gravitacni vlny.
spise jde o ty mensi zemetresy nez o cokoli jineho

Odpovědět


Re: Re: Samé "výhody"

Jan Novák9,2021-07-25 20:47:03

Tyče by měly problémy s tepelnou roztažností, změna tak o 280° mezi stínem a sluncem. Minimálně koncové body by musely být pod zemí nebo alespoň celá konstrukce ve stínu.

Zařízení v libračním bodě může být 3D a tím pokrýt 100% vesmíru, navíc může mít libovolnou velikost.

Odpovědět


Re: Re: Re: Samé "výhody"

Peter Somatz,2021-07-25 21:16:23

Kalibracia toho vesmirneho zariadenia bude podla mna na hranici ludskych moznosti. Volne vznasajuca sa sonda, ktora musi byt v pozicii presnej na stotisicinu priemeru protonu, pricom testovacie zavazia/odrazne plochy budu ovplyvnovane aj samotnymi tlakom ziarenia luca + dalsim vesmirnym ziarenim... Mozno to lunarne observatorium nie je az taky zly napad.

Odpovědět


Re: Samé "výhody"

Karel Pohl,2021-07-26 00:33:03

Gravitační vlny ničím neodstíníte. LIGO/VIRGO rozklepe i hrom z bouřky, projíždějící vlak, seismika...takže je problém tady na Zemi odstínit chvění zrcadel zapříčiněné těmito vlivy...to by na Měsící odpadlo. Dále odpadá chlazení a vakuum. Asi není problém jednu stanici postavit na stěnu kráteru, myslím, že vyšších než 5 m nad úrovní okolního terénu jich tam je dost. Proti záření stačí všechno jen zakrýt, přeci jen je vakuum docela slušný izolant, takže v tom asi taky není problém. El. mag. spektrum už máme docela slušně pokryté ze Země, resp. vesmírnými sondami, další díru zalepí plánovaný JWST, spíš by byl problém dostat na Měsíc třeba 40m zrcadlo, abychom tam měli něco většího než na Zemi (ELT). O projektu eLISA, jeho výhodách a nevýhodách jsem psal níže. Spíš bych zkombinoval oba projekty - lunární základna na odvrácené straně + dvě zrcadla na stacionární oběžné oběžné kolem Měsíce.

Odpovědět

Librační centra

D. Hruška,2021-07-25 17:17:22

Myslel jsem, že se uvažovalo o zřízení vesmírné gravitační observatoře, kde by jednotlivá zařízení byla umístěna v libračních centrech kolem Země. Díky velkým vzdálenostem by se dramaticky zvýšila citlivost. O tom už se neuvažuje? Jakou výhodu by proti tomu měla měsíční observatoř?

Odpovědět


Re: Librační centra

Karel Pohl,2021-07-26 00:00:14

Mise eLISA je stále v plánu, start někdy kolem roku 2034, ale citlivost bude o něco horší než má současné LIGO, protože je trochu problém fokusovat signál na vzdálenost 2,5 mil. km, na odraznou krychli by měl dopadat signál v řádu vyšších stovek pW, měření vzdálenosti bude s přesností 10 cm. Detektor eLISA bude díky velké délce ramen vhodný pro detekci úplně jiných frekvencí - v řádech milihertzů (LIGO, VIRGO 10 Hz - 10 kHz), takže bude možné sledovat jiné děje, např. EMRI. V libračním bodě v podstatě není možnost jakéhokoli servisu, pokud něco podstatnějšího selže na jedné ze sond, tak je mise odepsaná. Sondy napájí jen jejich solární panely, takže výkon laserů nemůže být kdovíjaký - plánovaný výkon laserů pro sondy eLISA je 2 W. Na Měsíci sice neuděláte tak dlouhá ramena, ale vše ostatní je celkem „bez problémů“, a navíc odpadají problémy s chlazením zrcadel, vakuum o trochu lepší než u LIGA, rušivé vlivy minimální a servisáka tam taky dopravíte :-)

Odpovědět


Re: Re: Librační centra

D. Hruška,2021-07-26 00:36:00

Díky za zajímavé informace. Jinak ten problém se zakřivením měsíčního povrchu, který tu byl v diskusi zmiňován, by snad mělo jít vyřešit zvolením vhodných terénních vyvýšenin.

Odpovědět


Re: Re: Re: Librační centra

Karel Pohl,2021-07-26 00:47:16

Přesně, povrch Měsíce není zas až tak rovný aby bylo nutné budovat nějaké stožáry nebo rygoly.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Librační centra

Peter Somatz,2021-07-26 12:09:08

Pri dokonalej guli s polomerom mesiaca, aby sa 2 body videli na vzdialenost 100 km, tak by mali byt vo vyske 720m. Ak dobre ratam. :) Co na mesiac uz moze byt celkom dost.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Librační centra

D. Hruška,2021-07-26 13:02:08

Proč zrovna 100km? LIGO a VIRGO mají ramena dlouhá 4 resp. 3 kilometry.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Librační centra

Peter Somatz,2021-07-26 15:46:24

To len ako priklad. Chapem to tak, ze cim dlhsie ramena, tym citlivejsie zariadenie. eLISA ma mat ramena 1-5 mil. km. A zaroven som si precvicil Pytagorovu vetu. :)

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Librační centra

Karel Pohl,2021-07-27 13:19:27

Prodloužením ramen se dostanete do jiného frekvenčního rozsahu. Např. při délce ramen 100.000 km a gravitační vlně o frekvenci 10 Hz projdou ramenem celkem 3 vlny než dojde signál z jednoho konce ramene na druhý. První detekce byla v řádech desítek až stovek Hz. Jako není od věci posunout frekvenční rozsah kolem 0,1 Hz, tam někde by mohly být srážky černých děr středních velikostí např. s neutronovou hvězdou. Ale není pravda, že změnou délky ramen zvýšíte citlivost. Citlivost zvýšíte třeba eliminací šumu, modulací frekvence laseru nebo zvýšení přesnosti detekce výsledného signálu.

Odpovědět



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace