Kredit gambar: Universitas Arizona
Lebih dari 30 tahun yang lalu, Dr. Roger Angel datang ke Universitas Arizona, tertarik oleh kondisi yang menguntungkan untuk pengamatan astronomi di wilayah Tucson, Arizona: beberapa teleskop berada di dekatnya, dan tentu saja, cuacanya sangat beriklim sedang. Tapi sekarang, Angel mengusulkan untuk membangun teleskop di lokasi yang agak lebih jauh dan tidak begitu nyaman: kawah kutub di bulan.
Dikenal karena inovasinya dalam cermin teleskop ringan dan optik adaptif, Angel kini memimpin tim ilmuwan dari AS dan Kanada yang sedang mengeksplorasi kelayakan membangun Observatorium Inframerah Bidang Dalam di dekat salah satu kutub bulan menggunakan Teleskop Cairan Cermin (LMT) ).
Konsep ini adalah salah satu dari 12 proposal yang mulai menerima pendanaan Oktober lalu dari NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC). Masing-masing mendapat $ 75.000 selama enam bulan penelitian untuk melakukan studi awal dan mengidentifikasi tantangan dalam pengembangan. Proyek yang berhasil melalui fase pertama memenuhi syarat sebanyak $ 400.000 lebih selama dua tahun.
LMT dibuat dengan memutar cairan reflektif, biasanya merkuri, pada platform berbentuk mangkuk untuk membentuk permukaan parabola, sempurna untuk optik astronomi. Isaac Newton awalnya mengusulkan teori ini, tetapi teknologi untuk benar-benar membuat perangkat seperti itu berhasil baru dikembangkan. Hanya segelintir LMT yang digunakan saat ini, termasuk LMT 6 meter di Vancouver, Kanada, dan versi 3 meter yang digunakan NASA untuk Orbital Debris Observatory di New Mexico.
Di Bumi, ukuran LMT terbatas hingga sekitar 6 meter karena angin yang dihasilkan sendiri yang berasal dari pemintalan teleskop mengganggu permukaan. Selain itu, seperti teleskop berbasis-Bumi lainnya, LMT tunduk pada penyerapan dan distorsi atmosfer, sangat mengurangi jangkauan dan sensitivitas pengamatan inframerah. Tetapi bulan yang bebas-atmosfer, kata Angel, memberikan lokasi yang sempurna untuk teleskop jenis ini sambil memasok gravitasi yang diperlukan untuk membentuk cermin parabola.
Potensi LMT di bulan adalah membuat teleskop yang sangat besar. Sebagai referensi, Hubble Space Telescope memiliki cermin 2,4 meter, dan James Webb Space Telescope (JWST) yang sedang dikembangkan untuk diluncurkan pada 2011 akan memiliki cermin 6 meter. Konsep untuk proposal NIAC Angel adalah cermin 20 meter, tetapi dengan penelitian yang telah dilakukan tim sejauh ini, mereka sekarang mencari untuk membuat cermin yang sangat besar, dengan 100 meter menjadi opsi ujung besar. Mereka juga mempertimbangkan LMT yang lebih kecil. "Kami jelas tidak bisa pergi ke bulan dan membuat cermin 100 meter sebagai hal pertama," kata Angel. "Kami sedang melihat urutan ukuran skala 2 meter, 20 meter, dan 100 meter, dan sedang melihat apa potensi untuk masing-masing." Angel percaya bahwa teleskop 2 meter dapat dibuat tanpa kehadiran manusia di bulan, dan ditetapkan sebagai teleskop robot, sama seperti instrumen ilmiah di penjelajah Mars yang beroperasi sekarang.
Batasan dari cermin cair adalah bahwa itu hanya menunjuk lurus ke atas, sehingga tidak seperti teleskop standar yang dapat diarahkan ke segala arah dan melacak objek di langit. Itu hanya melihat area langit yang berada tepat di atas kepala.
Jadi, tujuan ilmiah untuk LMT adalah untuk tidak melihat seluruh langit, tetapi untuk mengambil satu area ruang dan melihatnya dengan intens. Jenis astronomi ini sangat "menguntungkan," seperti dijelaskan Angel, dalam hal kekayaan informasi yang telah dikumpulkan. Beberapa upaya ilmiah paling produktif dari Hubble Space Telescope adalah foto-foto "Deep Field" -nya.
Untuk dapat melihat hanya satu area ruang sepanjang waktu mendorong Angel dan timnya untuk melihat ke salah satu kutub bulan untuk lokasi terbaik untuk teleskop ini. Seperti di kutub bumi, memandang lurus ke atas dari kutub di bulan selalu memberikan bidang pandang extragalactic yang sama. "Jika kita pergi ke Kutub Utara atau Selatan bulan, kita akan membayangkan satu bidang langit sepanjang waktu, dan itu memungkinkan Anda untuk membuat integrasi yang sangat dalam, jauh lebih dalam bahkan daripada Hubble Deep Field." Kombinasikan itu dengan aperture besar, dan teleskop ini akan memberikan kedalaman pengamatan yang tidak tertandingi dengan teleskop apa pun di Bumi atau di luar angkasa. "Itulah ceruk atau kekuatan khusus teleskop ini," kata Angel.
Kelebihan lain dari cermin cair adalah bahwa mereka sangat murah dibandingkan dengan proses membuat cermin standar dengan membuat, memoles dan menguji sepotong kaca besar yang kaku, atau membuat potongan-potongan kecil yang harus dipoles, diuji dan kemudian disatukan dengan sangat akurat. Juga, LMT tidak membutuhkan tunggangan mahal, dukungan, sistem pelacakan, atau kubah.
"Total biaya James Webb Telescope diperkirakan akan melampaui satu miliar dolar, dengan label harga di cermin saja sekitar seperempat juta dolar," kata Angel. "Cermin itu 6 meter, jadi jika kita menskalakan teknologi itu menjadi cermin yang lebih besar di ruang angkasa, kita akhirnya akan menghancurkan bank, dan kita tidak akan mampu membelinya dengan teknologi saat ini membuat cermin yang dipoles dan membawanya ke ruang angkasa. "
Meskipun teleskop 2 meter akan menjadi prototipe, itu masih berharga secara astronomi. "Kita bisa melakukan hal-hal yang gratis untuk Spitzer Space Telescope dan Webb Telescope, karena teleskop 2 meter di bulan akan mengisi wilayah di antara kedua teleskop itu." Cermin 20 meter akan memberikan resolusi 3 kali lebih besar dari JWST, dan dengan mengintegrasikan, atau membiarkan "rana" terbuka untuk waktu yang lama, seperti setahun, objek yang 100 kali lebih redup dapat dilihat. Cermin 100 meter akan memberikan data yang tidak sesuai grafik.
Salah satu tantangan dalam mengembangkan LMT di bulan adalah membuat bantalan untuk memutar platform dengan lancar dan dengan kecepatan konstan. Bantalan udara digunakan untuk LMT di Bumi, tetapi tanpa udara di bulan, itu tidak mungkin. Angel dan timnya sedang melihat bantalan levitasi cryogenic, mirip dengan apa yang digunakan untuk kereta levitasi magnetik untuk mendapatkan gerakan tanpa gesekan dengan menggunakan medan magnet. Angel menambahkan, “Sebagai bonus, dengan suhu rendah di bulan Anda dapat melakukan itu tanpa mengeluarkan energi apa pun karena Anda dapat membuat magnet superkonduktor yang memungkinkan Anda membuat bantalan levitasi yang tidak memerlukan input daya listrik terus menerus. ”
Malaikat menyebut bantalan komponen penting dari teleskop. "Dengan tidak adanya udara di bulan untuk menciptakan angin, tidak ada batasan untuk ukuran atau mencapai keakuratan yang Anda butuhkan selama bantalan baik-baik saja," kata Angel.
Salah satu evolusi proyek sejak menerima dana NIAC adalah lokasi teleskop. Dalam proposal awal, tim Angel menyukai kutub selatan bulan di kawah Shackleton. Tetapi kutub utara benar-benar menawarkan bidang pandang yang lebih baik untuk pengamatan ekstragalaktik, mereka menyadari, dan Angel menunggu data dari pengorbit bulan SMART-1 Badan Antariksa Eropa SMART-1 yang baru-baru ini mulai mensurvei wilayah kutub bulan.
"Di daerah kutub ada beberapa kawah di mana matahari tidak pernah menyinari dan tidak pernah memanaskan tanah," kata Angel. “Di sana sangat dingin, tidak terlalu jauh di atas nol absolut. Daripada membangun teleskop di bawah kondisi yang bermusuhan seperti itu, kami akan mencoba untuk membangun teleskop di puncak salah satu kutub, di mana akan ada sinar matahari hampir terus menerus. Ini akan memberikan tenaga surya dan kondisinya akan lebih baik bagi orang-orang yang tinggal di sana. Yang harus Anda lakukan adalah meletakkan layar Mylar silinder di sekitar teleskop untuk mencegah matahari dari memukulnya dan itu akan mendingin seperti di bagian bawah kawah. "
Dengan mengamati inframerah, teleskop dingin sangat penting untuk dapat melihat benda yang lebih dingin dan lebih redup di ruang angkasa. Memiliki teleskop mendekati nol mutlak (0 derajat Kelvin, -273 C, -460 F) akan ideal. Karena merkuri akan membeku pada suhu tersebut, tantangan lain untuk proyek ini adalah menemukan cairan yang tepat untuk diputar untuk cermin. Beberapa kandidat adalah etana, metana, dan hidrokarbon kecil lainnya, seperti cairan yang ditemukan di Titan oleh probe Huygens, yang mendarat di bulan terbesar Saturnus pada 14 Januari.
"Tapi cairan ini tidak mengkilap, jadi Anda harus mencari cara untuk menempatkan logam mengkilap seperti aluminium langsung ke permukaan cairan," kata Angel. "Biasanya ketika kita membuat teleskop astronomi kita membuat cermin dari kaca, yang tidak mencerminkan sangat banyak dan kemudian Anda menguapkan aluminium atau perak ke kaca. Di bulan kita harus menguapkan logam ke cairan daripada gelas. "
Itulah salah satu bidang penelitian utama di bawah penghargaan NIAC. Dalam studi awal, tim Angel telah mampu menguapkan logam ke dalam cairan, meskipun belum pada suhu dingin yang diperlukan. Namun, mereka didorong oleh hasil sejauh ini.
Tim Angel tidak biasa untuk proyek NIAC, karena ini adalah kolaborasi internasional, dan NIAC tidak mendanai mitra internasional. "Kebetulan para ahli dunia membuat teleskop cermin cair berputar semua ada di Kanada, jadi sangat penting bahwa jika kita berpikir untuk melakukan itu di bulan yang kita bawa," kata Angel. "Untungnya, mereka datang dengan tiket sendiri, jadi untuk berbicara, dan bersemangat dengan proyek."
Anggota tim Kanada adalah Emanno Borra, dari Laval University di Quebec, yang telah meneliti dan membangun LMT sejak awal 1980-an, dan Paul Hickson, dari University of British Columbia, yang, dengan bantuan Borra, membangun LMT 6 meter di Vancouver Kolaborator lain termasuk Ki Ma di University of Texas di Houston yang merupakan ahli pada bantalan kriogenik, Warren Davison dari University of Arizona yang merupakan ahli teknik mesin di teleskop, dan mahasiswa pascasarjana Suresh Sivanandam.
NIAC diciptakan pada tahun 1998 untuk mengumpulkan konsep-konsep revolusioner dari orang-orang dan organisasi di luar badan antariksa yang dapat memajukan misi NASA. Konsep pemenang dipilih karena mereka "mendorong batas-batas ilmu pengetahuan dan teknologi yang diketahui," dan "menunjukkan relevansi dengan misi NASA," menurut NASA. Konsep-konsep ini diperkirakan membutuhkan waktu setidaknya satu dekade untuk berkembang.
Angel mengatakan bahwa menerima penghargaan NIAC adalah peluang besar. "Kami tidak diragukan lagi akan menulis proposal untuk Fase II (pendanaan NIAC)," katanya. “Kami telah mengidentifikasi selama Fase I apa saja masalah paling kritis dalam proyek ini, dan langkah praktis apa yang harus kami ambil sekarang. Kami telah membuka beberapa pertanyaan, dan ada beberapa tes sederhana yang dapat kami lakukan untuk melihat apakah ada penghenti acara atau tidak. "
Rintangan terbesar dalam membuat Lunar Infrared Observatory menjadi kenyataan, kemungkinan besar, sepenuhnya dari tangan Angel. "Bulan adalah tempat yang sangat menarik untuk melakukan sains," kata Angel. "Namun, itu didasarkan pada komitmen substansial sumber daya oleh NASA untuk kembali ke bulan." Tentu saja, untuk membangun teleskop besar berukuran 20 atau 100 meter harus ada kehadiran berawak di bulan. "Jadi," Angel melanjutkan, "dengan memasang sainsmu ke arah itu, kamu menjadi ekor anjing yang sangat besar yang sama sekali tidak bisa kamu kendalikan"?
Angel berharap bahwa NASA dan Amerika Serikat dapat mempertahankan momentum Visi untuk Eksplorasi Luar Angkasa dan kembali ke bulan. "Saya pikir pada akhirnya bahwa pindah ke luar angkasa adalah sesuatu yang manusia punya keinginan untuk lakukan dan akan dilakukan kapan-kapan," kata Angel. “Ketika itu terjadi, memiliki hal-hal menarik untuk dilakukan begitu kita sampai di sana adalah penting. Kita harus tahu mengapa kita meninggalkan permukaan planet ini untuk pergi ke bulan. Kami menjelajahi, ya, tapi kami tidak hanya dapat menjelajahi bulan, tetapi menggunakannya sebagai tempat untuk melakukan penelitian ilmiah di luar bulan. Saya pikir itu sesuatu yang dalam gambaran besar harus terjadi. "
Nancy Atkinson adalah penulis lepas dan Duta Besar Tata Surya NASA. Dia tinggal di Illinois.
