Birden fazla uzay ajansı, bu on yıl ve bir sonraki aya, birçok getiriye izin verecek altyapı kurma planları ile görev gönderecek. Buna NASA’nın Lunar Gateway ve Artemis ana kampı, Çin-Roscosmos Uluslararası Ay Araştırma İstasyonu (ILRS) ve ESA’nın Ay Köyü yer alıyor. Lunar keşiflerine odaklanan birçok uzay ajansı ve ticari uzay şirketi ile araştırma tesisleri ve bilimsel deneyler kurmak için birden fazla plan da vardır.
Özellikle, NASA, Çin ve ESA, ayın uzak tarafında faaliyet gösterecek radyo astronomi deneyleri oluşturmayı önerdi. Yakın zamanda yapılan bir makalede, uluslararası bir Avrupalı gökbilimciler ekibi, kozmik karanlık yaşlar ve kozmik şafak olarak bilinen kozmolojik dönemleri inceleyebilecek ultra uzun bir dalga boyu radyo interferometresi önerdi. Dark Ages Explorer (DEX) olarak bilinen bu teleskop, evren tarihinde en az anlaşılan dönemlerden birine yeni içgörüler sağlayabilir.
Çalışma, Radboud Üniversitesi Nijmegen’deki Radboud Radyo Laboratuarı’nda (RRL) bilimsel bir mühendis olan Christiaan Brinkerink tarafından yönetildi. Hollanda Radyo Astronomi Enstitüsü’nden (Astron), Eindhoven Teknoloji Üniversitesi, Delft Teknoloji Üniversitesi (Tu Delft), Astrofizikte Enstrümantasyon ve Araştırma Laboratuvarı (LIRA), Kaptenik Astronomi Enstitüsü, Astonomi Enstitüsü, Kambridge Enstitüsü, Kambridge Enstitüsü, Kambridge Enstitüsü, Kambridge Enstitüsü’nden araştırmacılar tarafından katıldı. Konsorsiyum (Eric) ve ESA’nın Avrupa Uzay Araştırma ve Teknoloji Merkezi (ESTEC).
Konseptlerini açıklayan makale, Arxiv Preprint Server ve şu anda yayınlanmak üzere inceleniyor Deneysel astronomi.
Kozmik Şafağı Görüntüleme
Mevcut kozmolojik modellere göre, erken evren (büyük patlamadan 380.000 ila 1 milyar yıl sonra) nötr hidrojen tarafından nüfuz edildi. “Kozmik Karanlık Çağlar” olarak bilinen bu dönemde, evrendeki tek ışık kaynağı, rekombinasyon dönemi (büyük patlamadan yaklaşık 380.000 yıl sonra) ve reiyonizasyon dönemi sırasında hidrojen tarafından serbest bırakılan ilk elektronlardan ve protonlardan salınan fotonlardı (büyük patlama.)
Birincisi bugün kozmik mikrodalga arka planı (CMB) olarak görülebilirken, ikincisi bugün sadece “hidrojen hattı” (aka 21 cm hattı) olarak görülebilir. Bu, evrendeki ilk yıldızlar ve galaksiler tarafından salınan ultraviyole radyasyon tarafından yeniden izlendiği için nötr hidrojen tarafından salınan fotonları ifade eder. Bu dönem gökbilimciler tarafından “kozmik şafak” (yaklaşık 50 milyon ila bir milyar yıl sonra) olarak bilinir ve astronomi ve kozmolojinin son sınırı olarak kabul edilir.
İlgili mesafeler nedeniyle, bu dönemden gelen ışık, mikrodalga penceresinin sadece ultra yüksek frekans (UHF) bandında görülebildiği noktaya kadar kırmızıya çekilir. Şimdiye kadar, gökbilimciler James Webb Uzay Teleskopu (JWST) gibi enstrümanlar sayesinde kozmik karanlık çağların perdesinin arkasında ne olduğunu gördüler. Bununla birlikte, Brinkerink’in bugün Universe e -posta yoluyla söylediği gibi, bu kozmolojik dönem hakkında hala cevaplanmamış birçok soru var:
“Yapı oluşumunun CMB zamanından ilk yıldızların oluşumuna kadar nasıl ilerlediğine dair bir fiducial modelimiz var (karanlık maddenin baryonik maddeden radyasyondan soğutulmasıyla çökeltilmesiyle), ancak bu yapı oluşumunun ilerleme hızı hakkında önemli belirsizlikler kalıyor.
“Nötr hidrojenden (kırmızıya doğru 21 cm çizgi) sinyali gözlemlemek temel olarak bu zaman periyodunu doğrudan incelememizin tek yoludur. JWST’nin sonuçları, erken dönemlerde şaşırtıcı derecede çok sayıda tam olarak oluşan galaksiyi göstererek, ilk yıldızların varlığından önce gelen yapı oluşumunun fazını tam olarak anlamamızdır.”
Özellikle, Webb’in erken gözlemleri, beklenenden daha parlak olan şaşırtıcı sayıda galaksiyi ortaya çıkardı. Gökbilimciler ayrıca, ilk süper kütleli kara deliklerin (SMBH) “tohumlarının” beklenenden daha büyük olduğunu belirtti. Bu sonuçlar, önceki kozmolojik modellerle “gerilim” idi ve küresel EOR imzasını (kenarlar) tespit etmek için deney gibi önceki araştırmaları güçlendirdi. Bu deney, küresel spektrumda 70 MHz civarında (beklenen derinliğin yaklaşık iki katı) bir absorpsiyon özelliği gösterdi, bu da kozmik şafak sırasında aktif süreçleri tam olarak anlamadığımızı düşündürdü.
Bu sonuçlar tarafından üretilen “gerilim”, erken galaksi ve SMBH oluşumu hakkında yeni teorilere ilham verdi. Ayrıca, erken evreni daha derinlemesine incelemek için yeni nesil tesisler oluşturmak için ek bir teşvik sağlamıştır. DEX, bir dizi kırmızıya kayma boyunca nötr hidrojen sinyalinin spektrumunun ölçümlerini yaparak bu gizemleri ele almayı amaçlamaktadır. Başlangıçta, bu kozmik şafak dönemini (Z = 28 ila 14’ün kırmızılarını) ve nihayetinde karanlık yaşları (Z = 50 ila 28) kapsayacaktır. Brinkerink’in açıkladığı gibi:
“Kırmızıya kayma aralığı bölünmüştür, çünkü bu aralıklar dizi boyutu ve anten boyutu ve yerleşimi üzerine çok farklı gereksinimler yerleştirir. Redshift’in bir fonksiyonu olarak mekansal güç spektrumunun ölçümleri yoluyla, erken evrenin nasıl geliştiğine ve bu süreci hızlandırmada karanlık maddenin rolünü görebiliriz.
“Dex, çıktı veri hızını yönetmek için zamanla entegre edilen (entegrasyon başına ~ dakika) entegre olan gözlem bant genişliğinde birçok frekansta sürekli olarak gökyüzü anlık görüntüleri (görüntüler) üretecektir. Bu gökyüzü anlık görüntüleri, uzamsal ve spektral varyasyonları ve/veya (her ikisi de ortaya çıkabilir) uzamsal ve spektral varyasyonları ve/veya sermayeyi ortaya çıkaran bir işleme boru hattına konabilir.
Ayın uzak tarafı uzun zamandır radyo, optik ve diğer teleskop türleri de dahil olmak üzere gözlemevleri için ideal bir yer olarak kabul edilmektedir. Bu tesisler Dünya’dan radyo frekansı parazitinden (RFI) korunacak ve atmosferik bozulma bir faktör olmayacaktır. Bununla birlikte, böyle bir gözlemevinin inşa edilmesi ve sürdürülmesinin mühendislik zorlukları dikkate değer olacaktır.
Dex’e girin
Çalışmaları ESA tarafından yapılan önceki çalışmalara dayanmaktadır. 2020’de ESA, ayın uzak tarafında ay tabanlı bir kozmolojik radyo dizisini gerçekleştirmek için Astrofizik Ay Gözlemevi Topikal Ekibi’ni (ALO TT) yarattı. Bu ekip, üniversitelerden, enstitülerden ve Avrupa ve ötesinden şirketlerden yaklaşık 60 araştırmacı, mühendis ve ticari ortak içerir. Bunu, yüksek teknolojik hazırlık seviyesi (TRL) olan günümüz teknolojilerini kullanarak bir ay gözlemevinin fizibilitesini değerlendiren “Ay’ın uzak tarafında bir astrofizik ay gözlemevi değerlendirmesi” başlıklı bir ESA Eşzamanlı Tasarım Tesisi (CDF) çalışması izledi.
Sonuçlar, Brinkerink, çok uzak olmayan bir gelecekte mevcut olan teknoloji ile böyle bir dizinin mümkün olacağını doğruladı:
“2021’de ESA tarafından bizimle birlikte yapılan CDF çalışması, mevcut teknolojiyle bir ay dizisinin gerçekleştirilebileceği ölçeğin yeni bir bilim vermemiz gerektiğine bağlanmadığını gösterdi: 4×4 dizisi yapılabilir olarak kabul edildi, ancak en az 32×32 dizi, en azından 32×32 dizisi, en azından, konum-konumun, bir noktaya ihtiyaç duyduğu bir noktaya ihtiyaç duyduğumuz bir noktaya ihtiyaç duyduğumuz için, bir noktaya ihtiyaç duyan bir noktaya ihtiyaç duyuyor. ~ 200x200m, bizi nispeten genç bir yüzeye sahip bir krater zemini yönünde gösteriyor (daha az krater ve kayalar mevcut).
Çalışma aynı zamanda ayın güney kutup bölgesine odaklandı, çünkü NASA burada Artemis programı aracılığıyla düzenli görevler yürütmeyi planlıyor. Veri röle hizmetleri de bu bölgede mümkün olacaktır, çünkü çoğu zaman ay ağ geçidi göz önünde bulundurulacaktır. Polar bölgesindeki ay döngüleri sırasında sıcaklık varyasyonları, yaklaşık 54 ° C (130 ° F) yükseklikten -203 ° C (-334 ° F), 121 ° C (250 ° F) ve yüksekliklere ve yüksekliklere ve denetçi yakınında -133 ° F) düşük seviyelere kadar daha düşüktür. Brinkerink ve meslektaşları, orta enlemlerin daha iyi gökyüzü ve ultraviyole kapsamı sunduğunu belirtmelerine rağmen, bu daha büyük mühendislik zorlukları yaratıyor.
Tasarım çalışmaları birçok farklı güç senaryosunu dikkate aldı. Klasik yöntem, elektrik gücünün merkezi bir tesisten üretildiği ve iletken kablolama kullanılarak dağıtıldığı, toplam sistemin kütlesinin% 50’sini oluşturacağını ve taşınmayı ve dağıtılmasını çok pahalı hale getireceğini söyledi. Böyle bir sistem, antenlerin yerleşimini de etkileyecektir, çünkü antenlere yakın güç dağıtım merkezleri gerektirecektir. Bu nedenle, ekip optik fiber ve serbest alanlı radyo frekansı veri iletimi dahil alternatifler dikkate aldı.
Ayrıca antenlere yakın dağıtılan dağıtılmış sistemleri de düşündüler, ancak yerel olarak üretilen bir RFI kaynağı oluşturacağı için bunu dışladılar. Buna ek olarak, ekip Dex’i mümkün kılmak için gerekli çeşitli teknolojik gelişmeleri belirledi. Özellikle, aya gerekli unsurları göndermek için toplu bütçenin, yayılan elemanlar için folyo bazlı bir yapı ile ele alınabileceğini bulmuşlardır. Brinkerink’in açıkladığı gibi:
“Bunlar, dağıtım yöntemi olarak kullanılmasına, açılmasına, açılmasına veya şişirilmesine izin verir. Düşük gürültü amplifikatörlerinin, doğrudan ay ortamına maruz kalan yerleşimleri nedeniyle sıcaklığa toleranslı olması gerekir. Koruyucu önlemler mevcut olsa bile, maruz kalacakları sıcaklık aralığı daha standart çözümler için hayatta kalma aralığından daha büyüktür.
“Ayrıca, nominal anten konumlarından herhangi bir sapma (güç spektrumunda uzamsal mod karıştırma biçiminde) nominal anten konumlarından herhangi bir sapma, tüm antenlerin öngörülebilir bir desene yerleştirilmesini sağlayan güvenilir ve verimli bir dizi dağıtım sistemine ihtiyacımız var.”
Nihayetinde, çalışma gözlemevinin birincil bilimsel hedeflerine ulaşmak için gereken anten sayısının henüz mümkün olmadığını belirledi. Bununla birlikte, Brinkerink ve meslektaşları, önümüzdeki on yılda gerçekçi ve değerli bir deneye yol açabilecek teknolojik gelişim için nasıl bir yol oluşturduğunu vurgular. Bu arada, bu teknolojilerin geliştirilmesi burada Dünya’da spin-off uygulamaları olacak. Brinkerink’e göre:
“(C) Küçük uydular üzerindeki ommünikasyon sistemleri, folyo bazlı anten teknolojisinden yararlanacak ve uzun süre sert termal ortamlarda çalışması gereken radyo alıcıları, dex. Bilim açısından geliştirilen uygulamalardan yararlanabilir, bu eplingin yapısının yapısının yapısının yapısının yapısının yapısına bağlılığın ölçülmesi, bu kozmik şafak vaktinden (bu kozmik şafak vaktinin ölçümü (kozmik şafak vaktinden (bu kozmik şafak vakti/kozmik şafak vakti/kozmik şafak vaktinden yararlanabilir ( Dawn Tomography), süper kütleli kara deliklerin evrimini ve Galaksi Büyümesinde erken galaktik geri bildirimin rolünü anlamamıza yardımcı olabilir. “
