Ученые предложили использовать постоянно затененные кратеры у южного полюса Луны для размещения сверхстабильной лазерной системы. Результаты исследования опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Речь идет о кратерах, куда не попадает солнечный свет. В таких районах температура может снижаться примерно до 50 кельвинов, а почти полный вакуум и слабая сейсмическая активность создают условия, которые трудно воспроизвести в земных лабораториях.
Авторы работы считают, что лунная среда поможет уменьшить тепловой шум, вибрации и другие факторы, мешающие работе сверхточных оптических устройств. Основой системы должна стать кремниевая оптическая полость, стабилизирующая лазер за счет отбора определенных частот света между зеркалами.
Главная цель проекта — получить лазер с максимально устойчивой частотой, которая не будет заметно смещаться со временем. Исследователи отмечают, что даже небольшие физические колебания способны влиять на частоту лазера, а на Луне такие помехи будут значительно слабее, чем на Земле.
По расчетам авторов, остаточное тепло установки можно будет отводить прямо в космос. Это позволит охлаждать кремниевую полость примерно до 16 кельвинов без сложных криогенных систем. При такой температуре кремний почти не расширяется и не сжимается, поэтому расстояние между зеркалами остается стабильным.
После стабилизации лазер можно использовать как эталонный источник сигнала для навигации и синхронизации времени на Луне. Ученые считают, что такая технология может лечь в основу лунной системы позиционирования, а также помочь при посадке аппаратов в условиях плохой видимости.
Кроме того, подобные установки могут применяться для работы оптических атомных часов за пределами Земли, точного измерения расстояний между объектами и поиска редких физических явлений. В перспективе систему также рассматривают как возможный инструмент для экспериментов по обнаружению гравитационных волн.
Развертывание оборудования предполагает доставку заранее подготовленных кремниевых оптических полостей в затененные кратеры с помощью роботизированных аппаратов или участников будущих лунных миссий. Рядом с полостью планируется установить лазерный источник, который будет синхронизирован с ней для поддержания стабильной частоты.
Авторы проекта полагают, что первые испытания такой технологии могут пройти в ближайшие годы на низкой околоземной орбите. Размещение системы на Луне, по их оценке, возможно во второй половине текущего десятилетия.