La cara oculta de la luna podría ofrecer una visión muy profunda del universo

Con el lanzamiento de la misión Artemis 1 de la NASA a la luna este mes, Space.com está analizando lo que sabemos sobre la luna y por qué nos importa. Únase a nosotros para nuestro informe especial de la Semana de la Luna en la cuenta regresiva para Artemisa 1.

La ciencia potencial de futuras misiones lunares se extiende mucho más allá de la luna.

Un nuevo radiotelescopio en el otro lado de la luna podría capitalizar la nueva era Artemis de exploración lunar de la NASA, dicen los científicos que esperan algún día usar un telescopio de este tipo para sondear potencialmente más profundo en el universo que incluso el recién operativo Telescopio Espacial James Webb. poder.

"El argumento para colocar un radiotelescopio en el lado oculto de la luna es observar las frecuencias de radio más bajas que, de lo contrario, estarían muy contaminadas por las transmisiones de radio humanas en la Tierra", dijo a Space.com Steven Kahn, físico de la Universidad de Stanford en California. .

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Kahn dirigió uno de los paneles de la reciente encuesta decadal de astronomía y astrofísica (Pathways to Discovery in Astronomy and Astrophysics para la década de 2020), centrándose en las observaciones electromagnéticas desde el espacio. Una propuesta para un telescopio lunar llamado FARSIDE, dirigida por Jack Burns de la Universidad de Colorado, Boulder, se presentó como una misión potencial de 'clase de sonda' con un costo de $ 1 mil millones a $ 2 mil millones. Burns ha estado trabajando en un plan para un radiotelescopio en la luna desde la década de 1980, pero finalmente FARSIDE no fue seleccionado para la recomendación de la encuesta decenal.

Sin embargo, ahora se está evaluando un nuevo concepto llamado Lunar Crater Radio Telescope, que está dirigido por Saptarshi Bandyopadhyay del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en California.

"Queremos construir un radiotelescopio de 350 metros de diámetro en un cráter de 1,3 kilómetros de ancho en el lado oculto de la luna", dijo a Space.com Bandyopadhyay, que es tecnólogo en robótica. (Eso sería un plato de 1,150 pies de ancho en un cráter de 0.8 millas).

El plan original era para un telescopio aún más grande, de 0,6 millas (1 km) de tamaño, pero la gran escala de ese instrumento resultó inviable debido a la masa total que sería necesario lanzar desde la Tierra. Afortunadamente, "al observar la ciencia, nos dimos cuenta de que un diámetro de 350 metros sería suficiente para darnos la ciencia que queremos obtener", dijo Bandyopadhyay.

Esa ciencia implica mirar hacia atrás en el tiempo a una era distante conocida como la Época de la Reionización. Poco después del Big Bang no había estrellas ni galaxias, solo una gran niebla de hidrógeno neutro. Este período ha sido denominado la "Edad Oscura Cósmica". Finalmente, el hidrógeno comenzó a fusionarse para formar estrellas y galaxias, iluminando el universo e ionizando el hidrógeno neutro. Es esta era temprana la que el radiotelescopio del cráter lunar esperaría ver.

Normalmente, el hidrógeno neutro emite ondas de radio a una longitud de onda de 8,3 pulgadas (21 centímetros), pero la expansión cósmica habrá alargado la longitud de onda de las ondas de radio emitidas por el hidrógeno en la Edad Media a longitudes de onda extremadamente largas de decenas de metros.

Detectar esta luz de longitud de onda larga en la Tierra es difícil, en parte porque la ionosfera (el reino superior de nuestra atmósfera) puede reflejar la luz de estas longitudes de onda de regreso al espacio, y en parte porque la interferencia de radio terrestre puede oscurecerla. Lo que hay que hacer sería construir un radiotelescopio gigante en la cara oculta de la luna, donde no hay ionosfera, y donde la propia luna puede proteger al telescopio de la interferencia de la Tierra.

"La reciente encuesta decadal de astrofísica habló sobre la necesidad de comprender cómo eran las edades oscuras, y que para hacer este tipo de trabajo, se requiere una medición global de un solo receptor", dijo Bandyopadhyay. "Eso es exactamente lo que estamos proponiendo".

El plan de Bandyopadhyay es enviar una nave espacial a un cráter adecuado en el otro lado de la Luna. La nave espacial aterrizaría dentro del cráter y luego dispararía múltiples cables con anclas hacia el borde del cráter, donde las anclas penetrarían de forma segura en el regolito lunar. Luego, los cables se tensarían, creando un marco para sostener el plato de radio de malla de alambre, que se doblaría como un origami en el módulo de aterrizaje y se abriría cuando los cables se tensaran. Se desplegaría una antena de alimentación sobre el plato y una nave espacial en lo alto primero proporcionaría una señal de baliza para ayudar a calibrar el telescopio y luego actuaría como un relé para datos y comandos, ya que la Tierra no se puede ver desde el otro lado de la luna, oculta como está. detrás del cuerpo de la luna.

Al menos, ese es el plan. El Radiotelescopio Lunar Crater se encuentra actualmente en la fase II del programa de desarrollo de Conceptos Avanzados e Innovadores (NIAC) de la NASA, a través del cual ha recibido $ 500,000 de financiamiento para madurar la tecnología necesaria. Pero eso está muy lejos del presupuesto multimillonario que se requeriría para que la misión del telescopio fuera un éxito.

Debido al alto precio, el telescopio requiere un fuerte apoyo de la comunidad científica para obtener una recomendación en la próxima encuesta decenal.

"Lo que tenemos que hacer ahora es presentar un caso muy sólido de por qué se debe hacer esto", dijo Bandyopadhyay. "Entonces, con suerte, cuando llegue la próxima encuesta decenal, hayamos dedicado suficiente tiempo y esfuerzo en esto para que recomienden la misión".

Sin embargo, los mismos problemas que funcionaron contra FARSIDE también podrían funcionar contra el radiotelescopio del cráter lunar, específicamente que si bien hará ciencia importante, también es demasiado especializado, dijo Kahn.

"Dado su enfoque limitado, va a ser difícil priorizar eso y colocarlo en el puesto número uno [en la próxima encuesta decenal en 2030]", dijo.

Sin embargo, puede haber otra opción, sugirió Kahn (quien no está directamente involucrado en el proyecto), ya que encaja con el deseo de la NASA de hacer más exploración en la luna. “Hay razones programáticas para querer hacer vuelos más frecuentes a la luna, por lo que la esperanza es tratar de capitalizar eso”, dijo.

Este enfoque está incorporado en el programa de Servicios de Cargas Útiles Lunares Comerciales (CLPS) de la NASA, que hará que contratistas privados entreguen a la Luna más de 50 pequeñas cargas útiles científicas durante los próximos tres años. Tres de estas cargas útiles se dirigirán al cráter Schrödinger de 194 millas de ancho (312 km), que es una cuenca de impacto en el lado oculto de la luna cerca del polo sur lunar, en 2025 en un módulo de aterrizaje lunar construido por Massachusetts- compañía aeroespacial basada en Draper.

"Desde una perspectiva científica, el lado oculto de la luna es uno de los lugares principales de los que queremos obtener información", dijo a Space.com Debra Needham, científica planetaria del Centro Marshall de Vuelos Espaciales Marshall de la NASA en Huntsville, Alabama.

Schrödinger es un objetivo interesante y se cree que es la segunda cuenca de impacto más joven en la luna. Las tres cargas útiles, llamadas Farside Seismic Suite (FSS), Lunar Interior Temperature and Materials Suite (LITMS) y Lunar Surface ElectroMagnetics Experiment (LuSEE), investigarán la relación entre la formación y el tamaño del cráter, así como la estructura interior de la luna.

"El impacto que formó a Schrödinger fue tan grande que creemos que penetró completamente a través de la corteza superior de la luna y hasta el manto", dijo Needham. "Explorar eso será realmente importante para ayudarnos a comprender la química general de la luna, de qué está hecha la luna por dentro y por fuera, y cómo eso nos ayuda a comprender cómo se formó la luna y cómo se enfrió desde sus primeros días más cálidos cuando era volcánicamente activo y un lugar mucho más dinámico de lo que es hoy".

Por ejemplo, los sismómetros escucharán sismos lunares causados ​​por impactos de meteoritos o por la tensión en el interior de la luna causada por las mareas gravitatorias que emanan de la Tierra. A medida que los temblores sísmicos reverberan a través del interior de la luna, la señal que detectará el FSS puede informar a los científicos sobre la estructura, composición y densidad del interior de la luna.

Mientras tanto, el experimento LITMS está armado con una sonda de flujo de calor con la que podrá tomar la temperatura interna de la luna para obtener más detalles sobre el interior de la luna.

"Las mediciones de la sonda de calor durante el Apolo se realizaron en una región de la luna anónimamente caliente", dijo Needham. "Hay una anomalía química en el lado cercano que emite calor, por lo que LITMS será la primera vez que obtengamos mediciones fuera de esa área".

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El experimento final, LuSEE, estudiará el polvo en la exosfera de la luna, que es la capa delgada de gas y polvo que se adhiere cerca de la superficie y es expulsada del suelo por impactos de micrometeoritos y fuerzas electrostáticas.

Juntos, este trío de pequeños experimentos robóticos podría allanar el camino para una mayor exploración del lado lejano. Tal exploración seguiría los pasos (¿o deberían ser huellas de ruedas?) del rover Yutu 2 de China, que se convirtió en la primera nave espacial en aterrizar en el otro lado cuando aterrizó el 3 de enero de 2019 en un cráter llamado Von. Kárman.

La misión Artemis 1 de la NASA a la luna se lanzará el lunes (29 de agosto) durante una ventana de dos horas que se abre a las 8:33 am EDT (1233 GMT). Puede ver la cobertura del lanzamiento en vivo por cortesía de la NASA y seguir las actualizaciones en vivo de Space.com sobre la misión.

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Keith Cooper es periodista científico independiente y editor en el Reino Unido, y tiene una licenciatura en física y astrofísica de la Universidad de Manchester. Es autor de "La paradoja del contacto: Desafiando nuestras suposiciones en la búsqueda de inteligencia extraterrestre" (Bloomsbury Sigma, 2020) y ha escrito artículos sobre astronomía, espacio, física y astrobiología para una multitud de revistas y sitios web.

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