Учёные предложили разместить сверхстабильную лазерную систему внутри постоянно затенённых кратеров возле южного полюса Луны. По мнению исследователей, экстремальный холод и почти идеальный вакуум в этих регионах способны создать условия для работы одной из самых точных систем навигации и синхронизации времени, когда-либо разработанных для космоса.

 

Речь идёт о кратерах, куда никогда не попадает солнечный свет. Эти области находятся в постоянной темноте, а температура там может опускаться примерно до 50 кельвинов. Исследователи считают, что такие условия значительно уменьшают вибрации, тепловой шум и нестабильность поверхности, которые на Земле мешают работе высокоточных оптических систем. Основой проекта должна стать оптическая кремниевая полость. Это устройство позволяет резонировать только определённым частотам света между двумя зеркалами, стабилизируя лазер, связанный с этой системой. Главная задача заключается в создании лазера с чрезвычайно стабильной частотой, которая не будет смещаться со временем. Авторы исследования подчёркивают, что Луна имеет серьёзные преимущества по сравнению с земными лабораториями. Отсутствие атмосферы, низкая сейсмическая активность и стабильная тепловая среда делают спутник Земли подходящим местом для систем сверхточных измерений, которым необходима максимальная стабильность. Физик Джун Йе, связанный с Национальным институтом стандартов и технологий США и исследовательским центром JILA, заявил, что постоянно затенённые кратеры предоставляют уникальные условия для подобных технологий. По его словам, такая среда устраняет многие источники помех, которые невозможно полностью исключить на Земле. Учёный объяснил, что остаточное тепло системы можно будет рассеивать в холод космического пространства, дополнительно охлаждая оптическую полость без использования криостатов и другого сложного оборудования до температуры около 16 кельвинов. При такой температуре кремний практически не расширяется и не сжимается даже при незначительных изменениях температуры. Благодаря этому свет внутри полости всегда проходит одинаковое расстояние между зеркалами, что обеспечивает исключительную стабильность лазерной частоты. Исследователи отмечают, что даже минимальные физические изменения способны влиять на частоту лазера. На Луне подобные колебания будут значительно слабее. Предполагается, что система будет работать за счёт привязки коммерчески доступного лазера к резонансной частоте кремниевой полости. После стабилизации такой лазер сможет использоваться как эталонный сигнал для навигации и синхронизации времени на поверхности Луны. Новая технология может стать основой лунной системы позиционирования, аналогичной GPS на Земле. Она также способна помочь при посадке космических аппаратов в регионах с плохой видимостью и обеспечить эталон времени для оптических атомных часов, работающих за пределами Земли. Учёные предполагают, что несколько подобных лазерных систем смогут с высокой точностью измерять расстояния между объектами и даже помочь в поиске экзотических физических явлений, включая колебания пространства-времени. Кроме того, сеть таких установок может использоваться в будущих экспериментах по обнаружению гравитационных волн за счёт фиксации мельчайших изменений расстояний между приборами на Луне. Развёртывание системы предполагает доставку заранее собранных кремниевых оптических полостей в постоянно затенённые кратеры с помощью роботизированных аппаратов или астронавтов будущих миссий Артемида. После этого рядом будет установлен лазерный источник, который синхронизируют с полостью для поддержания стабильной частоты. Если проект окажется успешным, он может стать основой лунного стандарта времени и обеспечить создание высокоточных оптических линий связи между Землёй и Луной. Исследователи считают, что первые демонстрации технологии могут начаться уже через несколько лет на низкой околоземной орбите, а развёртывание на Луне возможно во второй половине этого десятилетия.