Jo ennen kuin avaruusteleskooppi Hubble oli laukaistu 1990, keskusteltiin sen seuraajasta. Olisiko se vielä suurempi kiertoradalle lähetettävä teleskooppi? Vai Kuuhun sijoitettava tähtikiikari? Tähtitieteilijä Garth Illingworth ehdotti kuuteleskooppia, jonka peilin läpimitta olisi 16 metriä. Hubblen läpimitta on vain 2,4 metriä.
Hubblen seuraajaksi tuli James Webb, joka laukaistaan 2021. Nyt Nasa on kuitenkin tarttunut uudelleen ideaan kuuteleskoopista.
Aikeissa on rakentaa Aurinkokunnan suurin teleskooppi, läpimitaltaan kilometrinen, kraatteriin Kuun kääntöpuolelle. Nasa on juuri nimittänyt tutkijaryhmän kehittämään tekniikkaa Lunar Crater Radio Telescope -nimen saaneeseen laitteeseen.
Uusi teleskooppi voisi vangita avaruudesta signaaleja, jotka eivät pääse Maahan asti, koska Auringon hiukkaset jarruttavat niitä ja samalla satelliittien viestintäsignaalit ja ilmakehän ylimmät kerrokset estävät niiden läpipääsyn.
Valtavan Kuuhun sijoitettavan parabolisen antennin avulla voidaan tarkkailla signaaleja, jotka ovat peräisin universumin alkuajoista, ja siten saada vastauksia kosmologian suurimpiin arvoituksiiin – ja ehkä myös edetä Maan ulkopuolisen elämän etsinnässä.
Mönkijät rakentavat teleskoopin
Kokoon taiteltua teleskooppia kuljettava laskeutumismoduuli laskeutuu Kuun kraatteriin, missä mönkijät ovat valmiina avaamaan teleskoopin. Siitä tulee Aurinkokunnan suurin, ja sen tehtävä on auttaa astronomeja tutkimaan universumin alkuhetkiä.
Moduuli avautuu
Moduuli kokoon taiteltuine teleskooppeineen laskeutuu kraatteriin, avautuu ja paljastaa vastaanottimeen yhdistetyt kaapelit. Kukin mönkijä irrottaa rungostaan pyöräparin, joka vierii alas kraatteriin ja tarttuu kaapeleihin.
Mönkijät nostavat vastaanottimen
Mönkijät vetävät irrottamiaan pyöräpareja kaapeleilla takaisin kraatterin reunalle ankkuroituja ajoneuvoja kohti. Näin kaapelit pingottuvat kraatterin ylle ja nostavat samalla teleskoopin vastaanottimen.
Ristikkoverkko pingottuu
Mönkijät laskevat toisen pyöräparinsa jälleen kraatteriin. Nyt kukin pyöräpari tarttuu kaapeliverkkoon ja pingottaa sen kraatterin ylle. Verkko heijastaa universumin radioaaltoja niin, että ne osuvat vastaanottimeen.
Kuu on kuin kilpi hälyä vastaan
Maa ja Kuu osoittavat aina saman puolen toisiaan kohti, koska painovoimavaikutuksen vuoksi Kuun kierros Maan ympäri kestää yhtä kauan kuin Kuun pyörähdys itsensä ympäri. Ilmiötä kutsutaan synkroniseksi pyörimiseksi.
Yleisen väärinkäsityksen mukaan Kuun toinen puoli on aina pimeä. Todellisuudessa se on valoisa 14 Maan vuorokauden eli yhden Kuun vuorokauden ajan ja pimeä seuraavat 14 vuorokautta kestävän Kuun yön ajan.
Kuuyö on erityisen kiinnostava, koska silloin tutkijat voivat vastaanottaa radioaaltoja, joiden tulon muuten estää Maan satelliittien viestintäsignaalien ja Auringon hiukkasten aiheuttama radiohäly. Kun Kuun toinen puoli on 14 vuorokautta kääntyneenä poispäin sekä Maasta että Auringosta, häiriöt eivät yllä sinne.
Asiaa selittää Tieteen Kuvalehdelle astronomi Saptarshi Bandyopadhyay Nasan Jet Propulsion Laboratorystä.
“Kuu on kuin fysikaalinen kilpi, joka eristää Kuun takapuolella olevan teleskoopin Maan häiriölähteiden, ionosfäärin ja Maan kiertoradan satelliittien radiohälystä sekä radiohälystä, jota Aurinko lähettää Kuun yön kuluessa”, hän kertoo.
Katso Kuun kiehtovaa kääntöpuolta
Nasa on Lunar Reconnaissance Orbiter -luotaimesta saatujen tietojen avulla laatinut videon, joka esittää Kuun Maahan näkymätöntä puolta.
Saptarshi Bandyopadhyayn johtama tutkijaryhmä on juuri saanut rahoitusta NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) -ohjelmasta, johon Nasa valitsee lupaavia ideoita.
Idea kuuteleskoopista syntyi Bandyopadhyayn mukaan siksi, että astronomit haluavat tutkia universumin varhaisimpia vaiheita. Se taas onnistuu parhaiten analysoimalla radioaaltoja, joiden aallonpituus on äärimmäisen pitkä, yli 10 metriä.
Heti alkuräjähdyksen jälkeen liikkeelle lähteneen valon aallonpituus on nimittäin ”venynyt” pitkiksi radioaalloiksi. Valon kulkiessa universumin varhaisajoista meitä kohti universumi on aina laajentunut suurella nopeudella. Näin selittää Saptarshi Bandyopadhyay.
”Maassa toimivilla teleskoopeilla ei voida havainnoida universumia yli 10 metrin aallonpituuksilla. Siksi yli 10 metrin aallonpituudet ovat käytännössä tutkimatta”, hän toteaa.
Astronomit haluavat tutkia avaruuden radiosignaaleja, joiden aallonpituus on yli 10 metriä, koska tällaiset signaalit kertovat universumin synnystä. Maassa teleskoopit eivät pysty niitä vastaanottamaan, koska Maata ympäröivä ionosfääri pysäyttää ne. Lisäksi viestintä ja Maata kiertävät satelliitit synnyttävät radiohälyä, joka yltää Kuuhun asti. Kuun toinen puoli kääntyy kuitenkin aina pois Maasta, ja se on siksi hälyltä suojassa. Sinne sijoitettu teleskooppi voikin mitata tähän asti tuntemattomia radiosignaaleja häiriöttä.
Robotit laskeutuvat kraatteriin
Tavallisessa radioteleskoopissa on parabolinen antenni ja vastaanotin, johon antenni heijastaa avaruudesta tulevat radioaallot.
Maailman suurin radioteleskooppi on kiinalainen FAST, jonka läpimitta on 500 metriä. Monet Kuun kääntöpuolen kraatterit muistuttavat muodoltaan juuri radioteleskoopin maljamaista antennia.
Saptarshi Bandyopadhyayn tutkijaryhmä aikoo etsiä läpimitaltaan 1–5 kilometrin laajuisen kraatterin ja lähettää sinne kaksi avaruusalusta.
Toisessa aluksessa, joka laskeutuu kraatterin pohjalle, on teleskoopin vastaanotin ja antenni.
Antenni koostuu kupari- tai alumiinikaapelien ristikosta, ja sen läpimitta on noin kilometri.
Toisessa aluksessa on nelipyöräisiä DuAxel-mönkijöitä. Ne irrottavat toisen pyöräparinsa, joka vaijerin varassa laskeutuu kraatterin pohjalle.
Mönkijöiden pyöräparit tarttuvat vastaanottimeen liitettyihin kaapeleihin.
Pyöräparit nousevat kraatterin rinnettä kaapelit mukanaan ja kiinnittävät ne reunalle niin, että vastaanotin nousee kraatterin yläpuolelle.
Sitten mönkijät toistavat tempun, mutta nyt ne pingottavat teleskoopin kilometrin levyisen ristikkoverkon kraatterin sisäpuolelle parabolisen antennin muotoiseksi.
Tutkijaryhmä ehdottaa, että teleskoopin osat ja mönkijät lähetetään avaruuteen Nasan Space Launch System -jättiraketilla, jonka arvioidaan olevan laukaisuvalmis vuoden 2021 lopulla. Sen jälkeen tutkijoiden arvion mukaan mönkijöiltä menee kaksi vuotta teleskoopin kokoamiseen.
Kuusta tehdään teleskooppi
Läpimitaltaan kilometrinen teleskooppi, jonka toimintaa ei Maan eikä Auringon radiohäly häiritse, on äärimmäisen tehokas työkalu varhaisen universumin tutkimiseen.
Tähtitieteilijät haluavat tutkia etenkin niin sanottua pimeää kautta, joka alkoi noin 380 000 vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Tuolloin universumi jäähtyi ja pimeni täysin vähäksi aikaa. Lisäksi tutkijoita kiinnostaa, miten ensimmäiset tähdet – oletettavasti noin 400 miljoonan vuoden kuluttua – alkoivat muodostua.
Nasan DuAxel-mönkijä voi irrottaa rungostaan pyöräparin, joka itsenäisesti vierii alas rinnettä.
Ensimmäisistä tähdistä saapuvat heikot signaalit, jotka ovat kulkeneet pitkän matkan ja venyneet äärimmäisen pitkiksi radioaalloiksi, sisältävät vastauksen yhteen tähtitieteen suurimmista kysymyksistä: miten nykyään näkyvä universumi syntyi.
Kuuteleskoopilla voidaan myös tutkia, esiintyykö eksoplaneetoilla eli muuta tähteä kuin Aurinkoa kiertävillä planeetoilla Maassa tunnetun kaltaista biologista elämää.
Elämän synty edellyttää, että planeetalla on kaasukehä, joka suojaa sitä tähden säteilyltä. Ja kun planeetan magneettikenttä vuorovaikuttaa emotähden säteilyn kanssa, syntyy radioaaltoja, jotka kuuteleskooppi voi havaita.
Kilometrin levyinen teleskooppi ei ole ainoa, jota suunnitellaan Kuuhun.
Nasa tukee myös FARSIDE-hanketta, jossa mönkijä pystyttää 128 antennia. Niistä muodostuu kukkamainen kuvio, jossa on neljä pitkänomaista, viiden kilometrin pituista terälehteä. FARSIDE tutkii kaikkein varhaisinta tähdetöntä universumia.
Jotkut tähtitieteilijät menevät vielä askeleen pidemmälle. Arvostettu brittiläinen astrofyysikko Joseph Silk on Nature-lehdessä ehdottanut miljoonien pienten antennien sijoittamista satojen kilometrien alueelle Kuun kääntöpuolelle.
Siten Kuun Maahan näkymätön puoli toimisi yhtenä valtavana teleskooppina, joka avaisi ikkunan kaikkeuden vanhimpiin arvoituksiin.