Bau eines riesigen „Superteleskops“ auf dem Mond? Das ist nicht einfach

Kürzlich kündigten französische Wissenschaftler den Plan an, auf dem Mond ein riesiges „Superteleskop“ zu bauen, was in der Außenwelt große Aufmerksamkeit erregte. Warum also wollen Menschen ein Teleskop auf dem Mond platzieren? Welche technischen Herausforderungen sind damit verbunden? Welche Länder führen derzeit ähnliche Erkundungen durch?

Ein guter Ort zur Beobachtung des Universums

Um die im Universum verborgenen Geheimnisse zu erforschen, arbeiten die Menschen ständig daran, ihre Beobachtungsfähigkeiten außerirdischer Objekte und kosmischer Phänomene zu verbessern und gleichzeitig Wissenschaft und Technologie weiterzuentwickeln. Während der langen Reise der Weltraumforschung haben Menschen auf der Erde eine große Anzahl von Weltraumteleskopen gebaut. Um den Weltraum aus einem besseren Blickwinkel beobachten zu können, werden Weltraumteleskope auch in Flugzeugen transportiert oder direkt in die Erdumlaufbahn gebracht. Diese Weltraumteleskope unterschiedlicher Formen und Typen bieten den Menschen eine effektive Möglichkeit, die Geheimnisse des Universums zu erforschen, und Wissenschaftler haben dadurch auch zahlreiche wissenschaftliche Ergebnisse erzielt.

Mit der Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technologie verbessert sich auch die Art und Weise, wie der Mensch den Weltraum erforscht, ständig. Ende 2021 wurde das James Webb-Weltraumteleskop erfolgreich gestartet. Nachdem es die Halo-Umlaufbahn um den Lagrange-Punkt L2 zwischen Sonne und Erde erreicht hatte, begann es mit der Beobachtung des fernen Weltraums und erzielte zahlreiche wissenschaftliche Ergebnisse.

In den letzten Jahren haben Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern mit der zunehmenden Erforschung und dem Verständnis des Mondes durch die Menschheit begonnen, zu untersuchen, ob es möglich ist, auf dem Mond ein Weltraumteleskop zu platzieren oder zu bauen.

Massiver Krater auf dem Mond erschwert Erdarbeiten für den Bau eines riesigen Weltraumteleskops

Da es auf dem Mond weder eine Atmosphäre noch Lichtverschmutzung gibt, wird die Auflösung des Teleskops nicht beeinträchtigt. Die Rotationsperiode des Mondes beträgt etwa 28 Tage und die besonders lange Nacht ermöglicht es dem Teleskop, dasselbe Ziel fast 14 Tage lang ununterbrochen zu beobachten. Wenn das Teleskop auf einem Krater auf der Rückseite des Mondes platziert wird, wird es gemäß dem Prinzip der Gezeitenkopplung zwischen Mond und Erde niemals durch Radio-, Satelliten- oder Sonnenradiogeräusche der Erde usw. beeinträchtigt. Dies ist eine sehr gute Position zur Beobachtung des Universums.

Diese neuen Mondteleskope werden neue Antworten auf wichtige Fragen liefern, die die Menschheit schon lange beschäftigen. Woher stammt beispielsweise das Universum? Woher kommen wir? Sind wir allein im weiten Universum?

Tatsächlich ist die Idee, auf dem Mond ein Teleskop zu platzieren und zu bauen, keine neue. Bereits im Rahmen des Apollo-Programms der NASA zur bemannten Mondlandung in den 1960er und 1970er Jahren platzierten die Astronauten, die erfolgreich auf dem Mond landeten, Retroreflektoren auf dem Mond, damit die Astronomen die Entfernung zwischen der Erde und dem Mond genau messen konnten.

Die von meinem Land am 2. Dezember 2013 gestartete Mondsonde Chang'e-3 ist mit einem mondgestützten astronomischen Teleskop ausgestattet, das aus einem schwenkbaren ebenen Reflektor und einem Teleskopsystem mit großer Apertur besteht. Durch das Schwenken des Reflektors ist eine großflächige Beobachtung des Sternenhimmels möglich. Das mondbasierte astronomische Teleskop nutzt die Vorteile der atmosphärischen Störungen und der langsamen Rotation des Mondes voll aus, um eine Reihe von Himmelskörpern von bedeutendem wissenschaftlichen Wert im nahen Ultraviolettbereich langfristig und kontinuierlich zu überwachen und Beobachtungsaufgaben zu erfüllen, die auf der Erdoberfläche nicht möglich sind.

Viele Länder haben begonnen,

Jetzt haben Wissenschaftler noch größere und kühnere Pläne: Sie wollen ein Weltraumteleskop auf dem Mond bauen. Im Jahr 2023 kündigte das Jet Propulsion Laboratory der NASA den Plan zum Bau eines riesigen Radioteleskops auf der Rückseite des Mondes an – das Lunar Crater Radio Telescope. Geplant ist, auf der Rückseite des Mondes einen Krater mit einem Durchmesser von etwa drei bis fünf Kilometern auszuwählen und mithilfe des DuAxel-Roboters einen Netzreflektor mit einer effektiven Öffnung von mehr als einem Kilometer zu bauen. Nach seiner Fertigstellung wird das Lunar Crater Radio Telescope das größte Radioteleskop im Sonnensystem sein. Sein Hauptzweck besteht darin, die langwelligen Radiowellen zu messen, die während der Dunkelperiode des Universums erzeugt werden.

Derzeit können auf der Erde gebaute Radioteleskope diese mysteriöse Periode nicht erfassen, da die langwelligen Radiowellen aus dieser Zeit von den Ionen- und Elektronenschichten an der Oberfläche der Erdatmosphäre reflektiert werden und damit für die Teleskope unerreichbar sind.

Gleichzeitig sind künstliche Signale, die von Mobiltelefonen, Radargeräten, Satelliten usw. ausgesendet werden, millionenfach stärker als Signale aus dem Universum und haben große Auswirkungen auf die Beobachtungsumgebung erdgebundener Radioteleskope. Auf dem Mond hingegen, der keine Atmosphäre besitzt, werden diese Signale nicht reflektiert. Gleichzeitig kann der Mond selbst den Funkverkehr der Erde abschirmen und verhindern, dass elektromagnetische Wellen von der Erde die Arbeit von Weltraumteleskopen stören.

Darüber hinaus arbeiten die NASA und das US-Energieministerium gemeinsam an der Entwicklung eines elektromagnetischen Experiments auf der Mondoberfläche, das dem Projekt „Lunar Craters Radio Telescope Night“ ähnelt. Durch diese Zusammenarbeit schaffen das Energieministerium und die NASA die Voraussetzungen für eine erfolgreiche Erforschung der Kosmologie des dunklen Zeitalters in den kommenden Jahrzehnten. Das Radioteleskop des Projekts soll im Jahr 2025 zur Rückseite des Mondes gebracht werden und mithilfe ausfahrbarer Antennen und Radioempfänger erstmals empfindliche Radiowellensignale in der nächtlichen Mondumgebung messen.

Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern haben außerdem Projekte wie das Lunar Pole Life Detection Telescope und den Lunar Optical Ultraviolet Detector vorgeschlagen. Ersteres wird sich auf die Untersuchung der Atmosphäre von Exoplaneten während des Transits konzentrieren, und Letzteres wird sich auf die Untersuchung heller ultravioletter Objekte konzentrieren.

Bei dem diesmal öffentlich gemachten Projekt eines riesigen Superteleskops auf dem Mond schlugen französische Wissenschaftler eine konkretere Idee für die „Bauweise“ vor: Sie wollten das besondere Gelände der Mondkrater für den Bau nutzen.

Die Leistung eines optischen Teleskops hängt weitgehend von der Größe des Hauptspiegels und der Brennweite des Teleskops ab, die durch Hinzufügen reflektierender Oberflächen erhöht werden kann. Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass ein Superteleskop eine Reihe von Spiegeln als Hauptspiegel verwenden könnte, die entlang des Kratergeländes angeordnet sind, während der Detektorcluster des Teleskops darüber schwebt. Spiegel müssen nicht groß sein, daher sind sie einfacher zu bauen und erfordern weniger Erdarbeiten.

Im Ingenieurbau gibt es viele Herausforderungen

Alle diese Ideen befinden sich noch in einem frühen Stadium und das größte Problem besteht darin, wie man ein Teleskop auf dem Mond baut. Heutzutage fördern alle Länder energisch bemannte Mondlandeprogramme. Während sie versuchen, Astronauten erfolgreich zum Mond zu schicken, planen sie auch den Bau von Raumstationen und Mondforschungsbasen in der Mondumlaufbahn und auf der Mondoberfläche, aber das wird noch mehrere Jahre dauern.

Mit der schrittweisen Umsetzung des bemannten Mondlandeprogramms und der Entwicklung wissenschaftlicher Einrichtungen auf dem Mond werden die Menschen über bestimmte Produktions- und Baukapazitäten auf dem Mond verfügen. Allerdings ist die Arbeitskräftekapazität auf dem Mond immer begrenzt. Wer ein großes Weltraumteleskop auf dem Mond bauen will, wird auf jeden Fall auf den Einsatz von Robotern angewiesen sein.

Allein der Transport aller Geräte, Materialien, Maschinen usw., die für den Bau eines Mond-Weltraumteleskops erforderlich sind, zum Mond ist eine mühsame Aufgabe. Derzeit ist die Menschheit nicht in der Lage, genügend Material zum Bau eines Weltraumteleskops auf einmal zum Mond zu transportieren. Würden diese Materialien einzeln zum Mond transportiert, wären die Kosten für den Start der entsprechenden Raumfahrzeuge enorm.

Darüber hinaus müssen einige ernsthafte Herausforderungen bewältigt werden. Aufgrund der Gezeitenkräfte herrschen auf der Mondoberfläche extrem hohe Temperaturen. Die Höchsttemperatur erreicht über 100 °C und die Tiefsttemperatur sogar minus 173 °C. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Teleskope, die die Signale beobachten.

Darüber hinaus kommt es auf dem Mond zu Mondbeben, die erhebliche Auswirkungen auf den Bau des Weltraumteleskops und die Beobachtungsausrichtung nach der Fertigstellung haben werden. Darüber hinaus sammelt sich mit der Zeit Staub auf dem Teleskop an. Ein großes Problem ist auch die Reinigung des Mondstaubs, der sich auf der Oberfläche des Teleskops abgelagert hat.

Der Bau eines Superteleskops auf dem Mond ist ein großer Fortschritt für die astronomische Forschung. Die einzigartigen Bedingungen auf dem Mond bieten den Menschen die Möglichkeit, das Universum eingehend zu erforschen. Trotz der zahlreichen Herausforderungen zeigt das visionäre Streben der Länder nach Mondastronomie ihre gemeinsame Entschlossenheit, die Geheimnisse des Universums zu entschlüsseln, die der Menschheit seit Tausenden von Jahren Rätsel aufgeben. Wenn es Menschen in Zukunft gelingen sollte, auf der Rückseite des Mondes eine große Zahl astronomischer Teleskope mit unterschiedlichen Funktionen zu bauen, wäre dies ein großer Durchbruch in der menschlichen Technologie. (Autor: Lin Yinzhi, Bildquelle: NASA, Checkpoint-Experte: Jiang Fan, stellvertretender Direktor des Wissenschafts- und Technologieausschusses der China Aerospace Science and Technology Corporation)