Учёные предложили строить навигацию на лазерах в затенённых кратерах.
В самых тёмных местах Луны хотят поставить лазеры, которым на Земле постоянно мешают тепло, вибрации и атмосфера. Учёные предложили разместить сверхстабильную лазерную систему в кратерах у южного полюса Луны, куда никогда не попадает солнечный свет. Постоянный холод и почти идеальный вакуум могут превратить такие районы в основу для будущей лунной навигации и единого стандарта времени.
Главная идея строится вокруг оптической кремниевой полости. Внутри устройства свет многократно проходит между двумя зеркалами, а система пропускает только строго определённые частоты. Если привязать лазер к резонансной частоте такой полости, луч получает крайне стабильную частоту и почти не уходит в сторону со временем.
На Земле подобным системам мешают микроскопические вибрации, перепады температуры, движение воздуха и сейсмический шум. В лунных кратерах часть проблем исчезает сама: атмосферы нет, поверхность дрожит слабее, а температура в постоянно затенённых районах держится около 50 кельвинов. Физик Джун Е из Национального института стандартов и технологий США и JILA считает, что остаточное тепло можно дополнительно отводить прямо в холод открытого космоса. При охлаждении до 16 кельвинов кремний почти не расширяется и не сжимается, поэтому расстояние между зеркалами остаётся стабильным.
Такая точность нужна не ради красивого эксперимента. Даже крошечное изменение формы оптической полости меняет частоту лазера, а значит ломает работу всей системы отсчёта. На Луне лазерный сигнал сможет служить эталоном для навигации, посадок аппаратов в плохо освещённых районах и работы оптических атомных часов за пределами Земли.
Несколько таких установок могут стать основой лунной системы позиционирования, похожей на GPS. Сеть сверхточных лазеров также позволит измерять расстояния между объектами с высокой точностью и искать слабые физические эффекты, включая гравитационные волны, которые слегка меняют расстояние между приборами.
Развернуть систему предлагают с помощью роботов или астронавтов будущих миссий Artemis. Готовые кремниевые полости можно доставить в постоянно затенённые кратеры, а лазерный источник установить рядом и привязать к частоте полости. Первые демонстрации исследователи рассчитывают провести на низкой околоземной орбите в течение ближайших лет, а лунное размещение может начаться позже в нынешнем десятилетии. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.