Umieszczenie ultrastabilnych laserów w najzimniejszych i najciemniejszych kraterach księżycowych może pomóc naukowcom w stworzeniu na Księżycu systemu nawigacji podobnego do GPS, który umożliwi przyszłym astronautom i statkom kosmicznym Artemis łatwiejsze poruszanie się po powierzchni Księżyca.
Zaproponowali to naukowcy z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST). stale zacienione kratery w pobliżu południowego bieguna Księżyca może stanowić idealne środowisko naturalne dla niezwykle precyzyjnych systemów laserowych. Według nich lasery te mogą pewnego dnia zapewnić szkielet czasowy niezbędny przyszłym astronautom, łazikom i statkom kosmicznym do nawigacji po Księżycu bez nadmiernego polegania na ziemskich systemach śledzenia. oświadczenie z NIST-u.
Nowe badanie opiera się na tych szerszych wysiłkach, dodając niezwykły zwrot: ultrastabilność lasery umieszczone wewnątrz stale zacienionych kraterów Księżyca. Wysoce stabilny laser wytwarza światło o niemal idealnie stałej częstotliwości, umożliwiając wielu laserom precyzyjny pomiar odległości między obiektami, co może ostatecznie pomóc systemom nawigacji na powierzchni Księżyca.
Z tego powodu trwale zacienione kratery nigdy nie otrzymują bezpośredniego światła słonecznego księżyca niskie nachylenie osiowe. Ukryte w wiecznej ciemności kratery te pozostają zimniejsze niż Plutona temperatura spadła do około minus 370 stopni Fahrenheita (minus 223 stopni Celsjusza). Naukowcy od dawna postrzegali je jako potencjalne zbiorniki zamarzniętej wody, które mogłyby wspierać przyszłe osady księżycowe.
Teraz badacze uważają, że te same trudne warunki mogą sprawić, że kratery będą idealnymi naturalnymi laboratoriami dla precyzyjnych systemów laserowych. Badanie sugeruje zastosowanie krzemowej wnęki optycznej – urządzenia stabilizującego światło lasera poprzez odbicie go pomiędzy zwierciadłami oddzielonymi od siebie niezwykle precyzyjną odległością.
NA Ziemiasystemy te wymagają złożonego chłodzenia kriogenicznego i izolacji wibracji, ponieważ nawet najmniejsze zmiany temperatury mogą zdestabilizować laser. Jednak wewnątrz stale zacienionego krateru księżycowego natura może wykonać większość tej pracy za darmo.
Niskie temperatury wewnątrz kraterów w połączeniu z naturalną temperaturą księżyca środowisko o wysokiej próżni i stosunkowo niski poziom wibracji w porównaniu z Ziemią, mógłby pozwolić krzemowym wnękom optycznym na działanie niemal bez rozszerzalności cieplnej, zapewniając stabilność potrzebną systemom nawigacji, które opierają się na precyzyjnych częstotliwościach lasera do obliczania pozycji i śledzenia ruchu statku kosmicznego po powierzchni Księżyca, zgodnie z oświadczeniem.
„Gdy tylko zrozumiałem, co mogą zaoferować trwale zacienione obszary, poczułem, że będzie to najbardziej idealne środowisko dla superstabilnego lasera” – powiedział w oświadczeniu Jun Ye, główny autor badania.
Dziś ziemski Satelity GPS w sposób ciągły emitują sygnały taktujące generowane przez pokładowe zegary atomowe. Odbiorniki obliczają swoją pozycję, mierząc czas dotarcia sygnałów z wielu satelitów.
Statki kosmiczne wokół Księżyca w dalszym ciągu w dużym stopniu opierają się na naziemnych systemach śledzenia, ale w miarę wzrostu aktywności Księżyca takie podejście może nie być już praktyczne – zwłaszcza w pobliżu nierównych obszarów księżycowy biegun południowygdzie trudne warunki oświetleniowe utrudniają nawigację zarówno astronautom, jak i robotycznym odkrywcom.
Zamiast tego naukowcy sugerują, że ultrastabilne lasery umieszczone wewnątrz trwale zacienionych kraterów mogłyby służyć jako główne punkty odniesienia w zakresie synchronizacji dla przyszłych satelitów księżycowych i sieci komunikacyjnych, skutecznie działając jako część księżycowej infrastruktury GPS.
Po umieszczeniu wewnątrz lub w pobliżu stale zacienionego krateru księżycowego wnęka optyczna stabilizowałaby pobliski laser, blokując jego światło na jednej, bardzo precyzyjnej częstotliwości. Naukowcy twierdzą, że powstały sygnał mógłby działać jak latarnia GPS dla księżycowego statku kosmicznego, łącząc się jednocześnie z sygnałami satelitarnymi. zegary atomowe aby pomóc w utworzeniu „szkieletu pierwszego optycznego zegara atomowego na powierzchni pozaziemskiej” – stwierdzili w oświadczeniu urzędnicy.
Ich ustalenia były opublikowany 8 maja w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences.
