Kredit gambar: Universiti Arizona
Lebih dari 30 tahun yang lalu, Dr. Roger Angel datang ke University of Arizona, yang ditarik oleh keadaan yang baik untuk pemerhatian astronomi di kawasan Tucson, Arizona: beberapa teleskop terletak berdekatan, dan tentu saja, cuaca sangat sederhana. Tetapi sekarang, Angel mencadangkan untuk membangun teleskop di lokasi yang agak jauh dan tidak begitu nyaman: kawah kutub di bulan.
Dikenali dengan inovasi dalam cermin teleskop ringan dan optik adaptif, Angel kini mengetuai pasukan saintis dari AS dan Kanada yang sedang mengkaji kemungkinan membina Observatori Inframerah Medan Dalam berhampiran salah satu kutub lunar menggunakan Teleskop Cermin Cecair (LMT) ).
Konsep ini adalah salah satu daripada 12 cadangan yang mula mendapat dana Oktober lalu dari NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC). Masing-masing mendapat $ 75,000 untuk penyelidikan selama enam bulan untuk membuat kajian awal dan mengenal pasti cabaran dalam pembangunan. Projek yang berjaya melalui fasa pertama layak mendapat sebanyak $ 400,000 lebih dalam dua tahun.
LMT dibuat dengan memutar cecair reflektif, biasanya merkuri, pada platform berbentuk mangkuk untuk membentuk permukaan parabola, sesuai untuk optik astronomi. Isaac Newton pada mulanya mengemukakan teori itu, tetapi teknologi untuk membuat alat sedemikian berjaya baru-baru ini dikembangkan. Hanya sebilangan kecil LMT yang digunakan hari ini, termasuk LMT 6 meter di Vancouver, Kanada, dan versi 3 meter yang digunakan NASA untuk Observatori Puing-puing Orbitalnya di New Mexico.
Di Bumi, ukuran LMT terbatas dengan diameter sekitar 6 meter kerana angin yang dihasilkan sendiri yang berputar dari memutar teleskop mengganggu permukaan. Selain itu, seperti teleskop berasaskan Bumi yang lain, LMT dikenakan penyerapan dan penyimpangan atmosfera, yang sangat mengurangkan jarak dan kepekaan pemerhatian inframerah. Tetapi bulan yang bebas dari atmosfer, kata Angel, menyediakan lokasi yang sempurna untuk teleskop jenis ini sambil memberikan graviti yang diperlukan agar cermin parabola terbentuk.
Potensi LMT di bulan adalah membuat teleskop yang sangat besar. Sebagai rujukan, Teleskop Angkasa Hubble mempunyai cermin 2,4 meter, dan Teleskop Angkasa James Webb (JWST) yang dikembangkan untuk pelancaran pada tahun 2011 akan memiliki cermin 6 meter. Konsep untuk cadangan NIAC Angel adalah cermin 20 meter, tetapi dengan penyelidikan yang telah dilakukan oleh pasukan sejauh ini, mereka sekarang berusaha untuk membuat cermin yang sangat besar, dengan 100 meter menjadi pilihan utama. Mereka juga mempertimbangkan LMT yang lebih kecil. "Kami jelas tidak dapat pergi ke bulan dan menjadikan cermin 100 meter sebagai perkara pertama," kata Angel. "Kami melihat urutan ukuran skala 2 meter, 20 meter, dan 100 meter, dan melihat apa potensi masing-masing." Angel yakin teleskop 2 meter boleh dibuat tanpa kehadiran manusia di bulan, dan dipasang sebagai teleskop robotik, seperti instrumen saintifik di rover Mars yang beroperasi sekarang.
Batasan cermin cair adalah bahawa ia hanya menunjuk lurus ke atas, jadi tidak seperti teleskop standard yang dapat ditunjuk ke arah mana pun dan mengesan objek di langit. Ia hanya melihat kawasan langit yang langsung berada di atas.
Oleh itu, tujuan saintifik untuk LMT adalah untuk tidak melihat seluruh langit, tetapi untuk mengambil satu ruang dan melihatnya dengan mendalam. Jenis astronomi ini sangat "menguntungkan," seperti yang dijelaskan oleh Angel, dari segi banyaknya maklumat yang telah dikumpulkan. Beberapa usaha ilmiah yang paling produktif dari Teleskop Angkasa Hubble adalah gambar "Lapangan Dalam".
Untuk dapat melihat hanya satu kawasan ruang pada setiap masa mendorong Angel dan pasukannya mencari salah satu tiang bulan untuk lokasi terbaik untuk teleskop ini. Seperti di kutub Bumi, memandang lurus dari tiang di bulan selalu memberikan bidang pandangan ekstragalaktik yang sama. "Jika kita pergi ke Kutub Utara atau Selatan bulan, kita akan selalu membayangkan satu puncak langit sepanjang masa, dan yang memungkinkan anda membuat integrasi yang sangat dalam, jauh lebih dalam daripada Hubble Deep Field." Gabungkan dengan aperture yang besar, dan teleskop ini akan memberikan pemerhatian yang mendalam yang tidak dapat ditandingi dengan teleskop apa pun di Bumi atau di angkasa. "Itu niche atau kekuatan khas teleskop ini," kata Angel.
Kelebihan cermin cair yang lain adalah cermin itu sangat murah berbanding dengan proses membuat cermin standard dengan membuat, menggilap dan menguji sekeping kaca yang besar dan kaku, atau membuat kepingan kecil yang harus digilap, diuji dan kemudian digabungkan bersama tepat. Juga, LMT tidak memerlukan pemasangan, sokongan, sistem penjejakan atau kubah yang mahal.
"Jumlah kos Teleskop James Webb diharapkan melebihi satu miliar dolar, dengan tanda harga pada cermin saja sekitar seperempat juta dolar," kata Angel. "Cermin itu berukuran 6 meter, jadi jika kita memperbesar teknologi itu ke cermin yang lebih besar di ruang angkasa, kita akhirnya akan memecahkan tebing, dan kita tidak akan mampu menggunakannya dengan teknologi semasa membuat cermin yang digilap dan mendapatkannya ke ruang angkasa. "
Walaupun teleskop 2 meter akan menjadi prototaip, ia tetap berharga secara astronomi. "Kami dapat melakukan hal-hal yang gratis untuk Spitzer Space Telescope dan Webb Telescope, kerana teleskop 2 meter di bulan akan memenuhi wilayah di antara kedua teleskop tersebut." Cermin 20 meter akan memberikan resolusi 3 kali lebih besar daripada JWST, dan dengan menyatukan, atau membiarkan "rana" terbuka untuk jangka masa panjang, seperti setahun, objek 100 kali lebih lemah dapat dilihat. Cermin 100 meter akan memberikan data yang berada di luar carta.
Salah satu cabaran dalam mengembangkan LMT pada bulan adalah dengan membuat galas untuk memutar platform dengan lancar dan pada kelajuan yang tetap. Galas udara digunakan untuk LMT di Bumi, tetapi tanpa udara di bulan, itu mustahil. Angel dan pasukannya melihat galas levitasi kriogenik, serupa dengan yang digunakan untuk kereta api levitasi magnetik untuk mendapatkan gerakan tanpa geseran dengan menggunakan medan magnet. Angel menambahkan, "Sebagai bonus, dengan suhu rendah di bulan, Anda dapat melakukannya tanpa mengeluarkan tenaga kerana anda dapat membuat magnet superkonduktor yang memungkinkan anda membuat galas levitasi yang tidak memerlukan input daya elektrik yang berterusan. "
Angel menyebut galas sebagai komponen penting dalam teleskop. "Tanpa udara di bulan untuk membuat angin, tidak ada batasan ukuran atau mencapai ketepatan yang anda perlukan selagi galasnya baik," kata Angel.
Salah satu evolusi projek sejak menerima pembiayaan NIAC adalah lokasi teleskop. Dalam cadangan awal, pasukan Angel memilih kutub selatan bulan di kawah Shackleton. Tetapi kutub utara sebenarnya menawarkan bidang pandangan yang lebih baik untuk pemerhatian ekstragalaktik, mereka menyedari, dan Angel menunggu data dari orbit bulan SMART-1 Badan Angkasa Eropah yang baru-baru ini mula meninjau kawasan kutub bulan.
"Di wilayah kutub ada beberapa kawah di mana matahari tidak pernah menerangi dan tidak pernah memanaskan tanah," kata Angel. "Di sini sangat sejuk, tidak terlalu jauh di atas sifar mutlak. Daripada membangun teleskop dalam keadaan bermusuhan seperti itu, kita akan berusaha membangun teleskop di puncak salah satu tiang, di mana akan ada cahaya matahari hampir berterusan. Ini akan memberi tenaga suria dan keadaannya lebih baik bagi penduduk yang tinggal di sana. Yang harus anda lakukan ialah meletakkan skrin Mylar berbentuk silinder di sekitar teleskop untuk mengelakkan matahari tidak memukulnya dan ia akan menjadi sejuk seperti di bahagian bawah kawah. "
Dengan pemerhatian inframerah, teleskop sejuk sangat penting untuk dapat melihat objek yang lebih sejuk dan lemah di ruang angkasa. Memiliki teleskop pada jarak sifar mutlak (0 darjah Kelvin, -273 C, -460 F) sangat sesuai. Oleh kerana merkuri akan membeku pada suhu tersebut, cabaran lain untuk projek ini ialah mencari cecair yang tepat untuk berputar untuk cermin. Sebilangan calon adalah etana, metana, dan hidrokarbon kecil lain, seperti cecair yang ditemui di Titan oleh penyiasat Huygens, yang mendarat di bulan terbesar Saturnus pada 14 Januari.
"Tetapi cecair ini tidak berkilat, jadi anda harus memikirkan cara memasukkan logam berkilat seperti aluminium secara langsung ke permukaan cecair," kata Angel. "Biasanya ketika kita membuat teleskop astronomi kita membuat cermin dari kaca, yang mana tidak mencerminkan banyak dan kemudian anda menguap aluminium atau perak ke kaca. Di bulan kita harus menguap logam ke cecair daripada kaca. "
Itulah salah satu bidang penyelidikan utama di bawah anugerah NIAC. Dalam kajian awal, pasukan Angel dapat menguap logam ke cecair, walaupun belum pada suhu sejuk yang diperlukan. Namun, mereka didorong oleh hasilnya setakat ini.
Pasukan Angel tidak biasa untuk projek NIAC, kerana ini adalah kerjasama antarabangsa, dan NIAC tidak membiayai rakan antarabangsa. "Kebetulan pakar dunia membuat teleskop cermin cair berputar semuanya ada di Kanada, jadi sangat mustahak jika kita berfikir untuk melakukan itu di bulan yang kita bawa," kata Angel. "Nasib baik, mereka datang dengan tiket mereka sendiri, untuk berbicara, dan teruja dengan projek ini."
Anggota pasukan Kanada adalah Emanno Borra, dari Laval University di Quebec, yang telah meneliti dan membina LMT sejak awal 1980-an, dan Paul Hickson, dari University of British Columbia, yang, dengan bantuan Borra, membina LMT 6 meter di Vancouver. Kolaborator lain termasuk Ki Ma di University of Texas di Houston yang merupakan pakar dalam galas kriogenik, Warren Davison dari University of Arizona yang merupakan pakar kejuruteraan mekanikal dalam teleskop, dan pelajar siswazah Suresh Sivanandam.
NIAC diciptakan pada tahun 1998 untuk mendapatkan konsep revolusi dari orang dan organisasi di luar agensi angkasa yang dapat memajukan misi NASA. Konsep yang menang dipilih kerana mereka "mendorong had sains dan teknologi yang diketahui," dan "menunjukkan relevansi dengan misi NASA," menurut NASA. Konsep-konsep ini dijangka memerlukan sekurang-kurangnya satu dekad untuk dikembangkan.
Angel mengatakan bahawa menerima anugerah NIAC adalah peluang yang baik. "Kami pasti akan menulis proposal untuk Tahap II (dana NIAC)," katanya. "Kami telah mengenal pasti selama Fasa I apa yang paling penting dalam projek ini, dan langkah praktikal apa yang harus kita ambil sekarang. Kami telah membuka beberapa soalan, dan ada beberapa ujian mudah yang dapat kami lakukan untuk melihat apakah ada penyekat pertunjukan atau tidak. "
Rintangan terbesar dalam menjadikan Lunar Infrared Observatory menjadi kenyataan, kemungkinan besar, sepenuhnya berada di tangan Angel. "Bulan adalah tempat yang sangat menarik untuk melakukan sains," kata Angel. "Namun, ini didasarkan pada komitmen sumber daya yang besar oleh NASA untuk kembali ke bulan." Sudah tentu, untuk membina teleskop 20 atau 100 meter yang besar, mesti ada kehadiran berawak di bulan. "Jadi," lanjut Angel, "dengan menggunakan ilmu pengetahuanmu ke arah itu, kamu menjadi ekor anjing yang sangat besar di mana kamu sama sekali tidak dapat dikendalikan"?
Angel berharap NASA dan Amerika Syarikat dapat mengekalkan momentum Visi untuk Penerokaan Angkasa dan kembali ke bulan. "Saya rasa pada akhirnya bahawa bergerak ke angkasa adalah sesuatu yang ingin dilakukan dan akan dilakukan oleh manusia suatu ketika nanti," kata Angel. "Apabila itu berlaku, mempunyai perkara menarik yang harus dilakukan sebaik sahaja kita sampai di sana adalah penting. Kita harus tahu mengapa kita meninggalkan permukaan planet ini untuk menuju ke bulan. Kami menjelajah, ya, tetapi kami tidak hanya dapat menjelajahi bulan, tetapi menggunakannya sebagai tempat untuk melakukan penyelidikan ilmiah di luar bulan. Saya rasa ia adalah sesuatu yang dalam gambaran besar seharusnya berlaku. "
Nancy Atkinson adalah penulis lepas dan Duta Sistem Suria NASA. Dia tinggal di Illinois.
