V současné době prožíváme fascinující rozkvět gravitační astronomie. Je to obdivuhodné o to víc, že gravitační astronomové mají k dispozici jen několik pozemních zařízení. Během příštího desetiletí by se k nim měla připojit první vesmírná gravitační observatoř LISA, která podstatně rozšíří možnosti gravitační astronomie. Možností je ale ještě víc.
Jan Harms z italského institutu Gran Sasso Science Institute (GSSI) a jeho kolegové navrhují, že bychom mohli udělat obrovskou gravitační anténu z celého Měsíce. Myšlenka využít Měsíc pro lunární gravitační astronomii je vlastně docela stará. Poprvé se objevila během amerického programu Apollo.
Gravitační detektory v zásadě měří velmi nepatrná narušení časoprostoru, k nimž dochází při průchodu masivní gravitační vlny, typicky vyvolané srážkou nebo třeba pohybem obrovských či obrovsky hmotných objektů ve vesmíru. Harms a jeho tým přišli s několika návrhy, jak využít Měsíc pro lunární gravitační astronomii, mezi nimiž vzbudil velkou pozornost projekt Lunar Gravitational Wave Antenna.
Ten spočívá v tom, že roli detektoru gravitačních vln sehraje úplně celý Měsíc. O samotnou detekci se přitom postarají vysoce citlivé seismometry rozmístěné po Měsíci, které zachytí deformace vyvolané průchodem gravitační vlny. Jak uvedl Harms pro platformu IFL Science, gravitační vlny mohou připlouvat z obrovské dálky a dávných časů, třeba z velmi raného vesmíru. Takové vlny rozezní Měsíc jako zvon. Jsou to sice jen nepatrné deformace či vibrace, ale hodně citlivé detektory by je mohly ulovit.
Další návrh z kuchyně Harmsova týmu nepočítá pro detekci průchodu gravitačních vln Měsícem se seismometry, ale s využitím zrcadel a laserů, podobně jako u nynějších pozemních gravitačních observatoří. Třetí, nejvíce konzervativní návrh Harmse a spol., představuje vybudování gravitační observatoře typu LIGO či Virgo, tedy velmi podobné těm pozemním, na povrchu Měsíce.
Ať už by zvítězil kterýkoliv z těchto návrhů, Měsíc je pro vybudování zařízení pro gravitační astronomii velmi vhodným místem. Jsou tam sice nějaká lunotřesení, celkově je ale Měsíc jedním ze seismicky nejklidnějších míst ve Sluneční soustavě, což by gravitační výzkum podstatně usnadnilo. Bylo by nepochybně vzrušující, kdyby se Měsíc stal rájem gravitační astronomů.
Video: How LIGO Detects Gravitational Waves | Incredible Interferometer At Home
Video: Gravitational Waves: Behind The Scenes of The Incredible Virgo Detector
2
Literatura
Philosophical Transactions Of The Royal Society A online 25. 3. 2024.
NASA plánuje radioteleskop na odvrácené straně Měsíce
Autor: Stanislav Mihulka (16.04.2020)
Galaktická observatoř NANOGrav zřejmě zachytila gravitační šepot vesmíru
Autor: Stanislav Mihulka (15.01.2021)
Lunární gravitační observatoř by mohla pozorovat 70 procent vesmíru
Autor: Stanislav Mihulka (25.07.2021)
Gravitačně se hmota s antihmotou přitahují
Autor: Vladimír Wagner (08.12.2023)
Diskuze:
místa s nejvyšším přílivem
Leonid Podstanický,2024-03-29 15:00:57
https://casualnavigation.com/where-are-the-highest-tides-in-the-world/
Location Height (ft) Height (m)
1 Bay of Fundy, Nova Scotia 38.4 11.7
2 Ungava Bay, Quebec 32.0 9.8
3 Bristol Channel, UK 31.5 9.6
4 Cook Inlet, Alaska 30.3 9.2
5 Rio Gallegos, Argentina 29.0 8.8
Výhoda podmořských turbin využívajících pravidelnost přílivu je zřejmá a pomalost pohybu vody je oproti pohybu vzduchu pronásobit hustotou tj. hybnost vodní turbiny je úměrně vyšší -
"at sea level, air is 784 times less dense than water." https://www.theweatherprediction.com/habyhints/216/
porovnávací studie
https://www.researchgate.net/publication/357759157_Comparative_analysis_of_air_and_water_flows_in_simplified_hydraulic_turbine_models
v první řade
Leonid Podstanický,2024-03-29 07:19:13
Měsíc je největší potenciální elektrárnou pro Zemi. Vyplývá to z jeho schopnosti tahat vodu. A prostřednictvím této schopnosti je také možné měřit gravitaci, resp. gravitační vlny.
rychost gravitačních vln
Leonid Podstanický,2024-03-28 17:59:35
https://www.discovermagazine.com/the-sciences/why-does-gravity-travel-at-the-speed-of-light
Již Galileo dokázal že gravitace vplývá na všechny objekty stejnou silou, na Zemi je zrychlení 9,81 ms-1 viz jeho slavný pokus s pouštěním kovových koulí po šikmině a také jejich házením z věže v Pise. Pokus si vzpomínám, na Měsíci je to jedna šestina síly gravitace Země.
Měsíc je můj oblíbený
Leonid Podstanický,2024-03-28 17:20:18
Námět, ale to foto s tím astronautem bych tam nedal. Není vyloučena možnost fotomontáže.
Co mě na Měsíci fascinuje je jeho velikost například - ideálně zastiňuje Slunce. Vznikl podobně jako Země akrecí počáteční prachové hmoty a na rozdíl od Země nedostal přímý náraz velké planetky ze železa. Taky je zajímavá jeho rotace vždy tou samou stranou k Zemi - odtud i populární LP Pink Floyd Dark side of the Moon. Měsíc se od Země postupně vzdaluje ale podle propočtů/odhadů jak se Slunce začne zvětšovat začne Měsíc slunečním větrem znovu přimkýnat blíže k Zemi. Ta Měsíc nakonec gravitací roztrhá a na oplátku Měsíc na Zemi zase zmičí všechen život. Možná.
Zpátky na zem
D@1imi1 Hrušk@,2024-03-27 10:25:33
Měsíc vhodným místem pro vybudování gravitační observatoře není a nejméně další desetiletí nebude. Dokud někdo nestvoří autonomní robůtky, které by dovedly z místní surové horniny vytěžit většinu potřebných surovin a z nich vyrábět všechny potřebné komponenty, můžeme na cokoliv složitějšího na Měsíci rovnou zapomenout (a pokud takoví robůtci někdy budou, je otázka, jestli budeme mít my lidi ještě starosti o gravitační vlny, protože budeme prakticky nepotřební). Při posuzování vhodnosti je potřeba vzít v úvahu i ekonomickou stránku věci, nejen nějakou idealistickou představu, jak by to tam hezky fungovalo.
Jinak na Měsíci je sice vakuum, ale je tam problém s poletováním obrovského množství elektrostaticky nabitých prachových částic, které se na všechno lepí. Navíc jsou tam extrémní výkyvy mezi denní a noční teplotou. Nic, co by šlo označit jako ideální podmínky pro provoz supercitlivých přístrojů.
Co mi ovšem není jasné, jak by pomocí seismografů detekovali gravitační vlny. Současné gravitační detektory měří drobné odchylky v čase, který trvá světlu laseru urazit určitou vzdálenost. Ten seismograf by měřil přesně co? Rychlost světla je prakticky shodná s rychlostí gravitačních vln, ale rychlost zvuku v hornině je zhruba o 5 řádů nižší. Na jakém principu by to mělo hypoteticky fungovat? A jak přesné seismografy by k tomu měly být potřeba?
Re: Zpátky na zem
F M,2024-03-27 13:56:27
Ony ty gravitační vlny budou mít seismickou odezvu, jenže jak ji odlišit od pozadí gravitačních působení Země a Slunce, zvlášť když se tuším neprojevují okamžitě. Leda by se hledaly nějaké okamžité "statistické" anomálie v síti senzorů, na úrovni šumu, ale to by ta citlivost musela být opravdu velká. Výhoda každopádně bude slabší pozadí.
Minule, když tu psal pan Wágner o těch sondách a odrážedlech pro lasery které nesou, mě zrovna napadlo jestli by to nešlo použít jako jednosměrnou anténu, určitě by se dalo něco z těch dat vytěžit. Ale zase by to bylo strašně náročné očistit od ostatních vlivů. Jako nejhorší bych tipl atmosféru, takže by to chtělo na orbitu, ale ani tam by nebylo příliš snadné.
Když tak o tom přemýšlím, tak by možná nebyl špatný systém družic a blýskátek, jenže se to zase nesmí posunout o celou fázi/kmit (to spíš u té vzdáleností od Země). Tedy tady si nejsem jistý, ale asi by nemělo být možno zjistit jestli se světlo do toho interferometru vrací "kratší/delší" o celou, příp. několik. Ale zase by se daly porovnávat změny, dalo by se měřit z několika směrů zároveň a u několika družic. Jenže zase ten úhel versus vzdálenost mezi nimi a výška oběžné dráhy. No statistika věda je.
Re: Re: Zpátky na zem
D@1imi1 Hrušk@,2024-03-28 10:48:47
No právě - jak spolehlivě odlišit přirozenou seismiku od seismiky zůsobené gravitačními vlnami? LIGO u gravitačních událostí zachytí každou jednotlivou vlnu - tedy stovky nebo tisíce vln během jednoho sloučení černých děr. Z průběhu frekvence potom lze vyvodit hmotnost a vzdálenost slučujících se těles. A pokud ramena interferometrů pokrývají všechny tři prostorové osy, vyčteme i směr, kde se událost odehrála.
Pokud by měsíční seismická observatoř měřila jen otřesy nepřímo vyvolané deformací časoprostoru a statisticky by se je snažila odlišit od přirozeného pozadí, s bídou by zjistila, zda vůbec k nějaké gravitační události došlo, natož aby určila směr a velikost objektů.
Takže předpokládám, že ta uvažovaná metoda je promyšlenější, případně nedomyšlená. Např. že nepředpokládají při průchodu gravitační vlny pár větších otřesů, ale tisíce drobných, které by byly měřitelné po celém Měsíčním povrchu v různé časy. Tím by zjistili frekvenci i směr. Ale jsem skeptický, zda by tak slabé otřesy šlo vůbec detekovat. A zda by to o několik řádů nepřehlušily otřesy způsobené např. teplotními výkyvy povrchu.
Re: Re: Re: Zpátky na zem
F M,2024-03-28 12:01:20
Ten druhý odkaz pod článkem vede na podrobnější popis, ale to by chtělo chvilku času. Je tam těch metod navrhnuto víc.
Muselo by těch senzorů být víc, ta síť (při nakouknutí jsem zahlédl 4, lepší víc) a porovnávalo by se mezi nimi, stejně jako o toho liga by se z amplitud a času průchodů dalo vyvozovat další. Odpadá ta přímá viditelnost a její budování, ale ta citlivost. Tedy u těch seismografů.
K těm družicím, ty druhé jsem myslel na oběžné dráze měsíce, ale tam nevím jak by se ten signál čistil/tedy jestli by to bylo reálné. Výhoda by byla, že na měsíci by snad musela přistávat jednodušší (snad) odrážedla pro lasery, třeba i jako součást dalšího výzkumu. Ale to je otázka pro hlavy pomazanější.
Re: Re: Re: Re: Zpátky na zem
Jirka Naxera,2024-03-29 02:07:31
Jako nechcibyt kverulant, ale proc ten mesic? Interferometr z nekolika sond vychazi v naprosto vsech ohledech jednodussi - zadna seismika, zadne dopadajici sutry, radove vetsi zakladna...
Re: Re: Re: Re: Re: Zpátky na zem
F M,2024-03-29 10:35:20
Obecně, citlivost na deci Hz. Ten regolit by měl fungovat jako filtr, snad i zesilovač. V tom druhém odkazu jsou nějaké grafy, ze kterých se dá něco vyvodit i relativně rychle/laicky.
U těch sond to bude hloupost, kvůli sluníčku a šumu, zaměření... Ale v té matice se nevyznám, pokud by bylo reálné (i spotřebou energie) zároveň snímat několik, ideálně hodně, levných (snad) zrcadel, nemuselo by být nemožné něco z těch dat na Zemi vytěžit (klidně místo bitcoinu). A udržovalo by se jen pár družic.
Ono je to celé trochu sci-fi, jediný v současnosti (relativně) reálný je ten systém seismografů, na pólech kde jsou velmi nízké teploty, prý možná že nejnižší v celé sluneční soustavě. Ale i to by zřejmě znamenalo několik přistání a spoustu "shozů", to jen spekuluji - asi realisticky.
Re: Re: Zpátky na zem
Jan Dolinár,2024-03-28 17:10:49
> by možná nebyl špatný systém družic a blýskátek
Zrcátka a lasery ve vesmíru budou právě ten projekt LISA, také zmíněný v článku. Výhoda oproti pozemským detektorům bude především mnohem delší rameno, konkrétně 2 500 000 km. Má to samozřejmě i svoje nevýhody (např. nižší citlivost pro krátší vlnové délky).
Re: Re: Re: Zpátky na zem
F M,2024-03-28 17:28:47
Vidíte na to jsem zapomněl.
Na tom měsíci by mohly být zase jiné výhody, několik družic víc zrcadel, víc dat. Snadnější přesnější zaměření zdroje. Nevím jak vlnové délky od oka tipuji něco mezi. Cena, uskutečnitelnost vs výkon?
Re: Zpátky na zem
Petr Petr,2024-03-27 18:26:36
Současné detektory gravitačních vln jsou vlastně seismometry. Zrcadla interferometru jsou zavěšena jako kyvadla a snaží se zachytit neinerciální pohyby. Seismometr je taky kyvadlo.
Re: Re: Zpátky na zem
Martin Babicek,2024-03-28 16:00:18
Ne, nejsou. Měří vzdálenost, porovnávají změny ve vzdálenosti dvou zrcadel umístěných v pravém úhlu. Pokud by to bylo jak říkáte nebyla by potřeba ramena interferometru.
seismická aktivita
Petr Petr,2024-03-27 06:48:55
To právě nechápu, proč Virgo vybudovali na seismicky nevýhodném místě. Tj. prakticky v zástavbě, u moře...
Re: seismická aktivita
D@1imi1 Hrušk@,2024-03-27 11:17:25
Možná proto, že to nehraje podstatný vliv. LIGO a VIRGO fungují jen díky tomu, že jsou schopné rušivé vlivy odfiltrovat. Země se nepatrně chvěje pořád, ať jste kdekoliv na světě.
Re: Re: seismická aktivita
Petr Petr,2024-03-27 18:21:24
Filtrují, ale nic není dokonalé, ani filtr. Virgo víc šumí než Ligo. A proč to chtějí na Měsíci, že je tam menší seismický šum? Italské Virgo je horší, aby bylo levnější, protože USA si mohou dovolit víc. Na Měsíci to bude extrémně nákladné, byť to bude lepší. Ale toho se nedožijeme. Budeme rádi za občasné přistání na Měsíci a ultrastabilní ultračistý detektor kilometry velký na Měsíci je mimo ekonomické možnosti dneška.
Re: Re: Re: seismická aktivita
D@1imi1 Hrušk@,2024-03-28 11:45:37
Čistě pragmaticky - mít nějaký detektor je lepší než nemít žádný detektor. Postavit a provozovat ho v obydlené oblasti je jistě snazší než stovky kilometrů od civilizace. Navíc takové unikátní zařízení přitáhne mozky a pozornost z celého světa a v neposlední řadě nejspíš i nějaké finance z fondů. Možná by to trochu lépe fungovalo v poušti, ale tam to nikdo nepostavil, takže zaplať pánbůh za Virgo :-)
Asi podobné dilema jako jestli mít observatoř v Ondřejově kousek za Prahou, nebo ji postavit v Gobi, kde není světelné znečištění :-)
Italové se s Virgem chopili příležitosti a teď jsou světoví. Představte si mít to třeba na Vysočině... :-)
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
