Исследователи предложили установить ультрастабильную лазерную систему в затемнённых кратерах на южном полюсе Луны. Регионы с экстремально низкими температурами, достигающими до 50 Кельвинов, и практически полным отсутствием атмосферы являются оптимальными для функционирования высокоточных оптических систем. Вакуумные и криогенные условия значительно снижают вибрационные и тепловые шумы, характерные для наземных установок.
Проект основывается на оптической кремниевой резонаторной полости, которая обеспечивает резонанс только на определённых частотах светового излучения между зеркалами. Это позволяет стабилизировать работу лазера и предотвратить его дрейф во времени. Луна предоставляет уникальные возможности для реализации данной технологии благодаря отсутствию атмосферы, низкой сейсмической активности и стабильной тепловой среде.
Физик Джун Йе из Национального института стандартов и технологий США отметил, что такие условия исключают множество факторов помех, которые невозможно устранить в земных условиях. Остаточное тепло системы эффективно рассеивается в космическом пространстве, что позволяет охладить оптическую полость до 16 Кельвинов без использования криостатических систем. При таких температурах кремний сохраняет свои физико-химические свойства и не изменяет свой объём, что обеспечивает стабильную работу лазерного устройства.
Авторы исследования подчёркивают, что даже незначительные изменения внешних условий на Земле могут существенно влиять на стабильность частоты лазера. На Луне эти колебания будут значительно меньше выражены. Коммерчески доступные лазеры будут синхронизированы с частотой кремниевой резонаторной полости, что позволит создать эталонный сигнал для целей навигации и синхронизации времени на поверхности Луны. Новая технология может послужить основой для разработки лунной системы позиционирования, аналогичной системе GPS, и повысить точность посадки космических аппаратов.
Лазерные системы также представляют перспективы для изучения экзотических физических явлений, таких как флуктуации пространственно-временного континуума, и проведения экспериментов по детекции гравитационных волн. Для реализации проекта планируется доставка кремниевых резонаторных полостей в кратеры Луны с использованием роботизированных миссий или астронавтов в рамках программы «Артемида», а также установка лазерного источника, синхронизированного с резонаторной полостью.
В случае успешного завершения проекта возможно создание лунного стандарта времени и высокоточных оптических линий связи между Землёй и Луной. Первоначальные демонстрационные испытания технологии могут быть проведены в течение нескольких лет на низкой околоземной орбите с последующим развёртыванием на поверхности Луны во второй половине текущего десятилетия.