En køreplan for videnskab på månen

Forskere ved CU Boulder har lagt en køreplan for et årti med videnskabelig forskning på månen.

Hold fra universitetet vil deltage i fire kommende eller foreslåede rummissioner, der søger at bruge månen som et unikt laboratorium til at kigge tilbage til kosmos daggry – og indsamle hidtil usete data om en epoke i universets liv, før de første stjerner dannedes .

Den første af disse bestræbelser vil implementere et instrument kaldet Radio wave Observations at the Lunar Surface of the photoElectron Sheath (ROLSES). Det er beregnet til at lande på månen om lidt over et år. En anden involverer en foreslået satellit kendt som Dark Ages Polarimetry Pathfinder (DAPPER). Det kunne være i kredsløb om Månen ved tiårets midtvejsmærke.

"Det er en fuldstændig uudforsket del af det tidlige univers, som vi kalder den mørke middelalder, " sagde Jack Burns, en professor ved Institut for Astrofysiske og Planetariske Videnskaber ved CU Boulder. "Vi har ingen data fra denne periode og ingen udsigt til at få nogen data ved hjælp af traditionelle teleskoper som Hubble-rumteleskopet."

Burns beskrev de fire missioner under en virtuel snak denne måned på det årlige møde i Lunar Exploration Advisory Group (LEAG), et videnskabeligt rådgivende organ for NASA.

NASA-administrator Jim Bridenstine, som også deltog i mødet, delte i begejstringen.

"En af de missioner, der gør mig virkelig begejstret, er DAPPER, " sagde han i en tale. "Vi vil være i stand til at se den mørke middelalder efter Big Bang og før Cosmic Dawn."

To landere

Til forbrændinger, de næste par år kan ende med at blive de mest spændende i hans årtier lange karriere.

Videnskabsmanden, som også er vicepræsident emeritus for akademiske anliggender og forskning for CU-systemet, forklaret, at der ikke eksisterede noget synligt lys i universet under den mørke middelalder på grund af manglen på stjerner. Det fuldstændige mørke, som varede i omkring 180 millioner år, gør denne tidsperiode umulig for astrofysikere at studere i dag.

Eller næsten umuligt:​​Burns og andre forskere har forudsagt, at forskere vil være i stand til at opdage den svage stråling, der udsendes af skyer af brintgas, der fyldte universet i denne periode. Det er den samme stråling, synlig i dag i radiobølger, der rejser gennem rummet, som Burns og hans kolleger håber at se, når de tager til månen.

"Vi undersøger den periode i det tidlige univers, hvor det hele begyndte, " sagde Burns. "De allerførste stjerner er ved at dannes. De allerførste galakser dannes, som i sidste ende vil føre til galakser som Mælkevejen."

ROLSES vil sætte gang i festen i oktober 2021. Det er, når instrumentet vil lande på månen ombord på Nova-C Lunar Lander bygget af virksomheden Intuitive Machines. ROLSES begynder kort efter at scanne himlen for radiobølger.

Det vil blive fulgt i 2024 af en anden lander-mission kaldet Lunar Surface Electromagnetics Experiment (LuSEE), som vil indsamle lignende data, men fra månens bagside - eller den side af månen, der altid vender væk fra Jorden. Dette område af månens overflade, Burns forklarede, er afskærmet mod interferens produceret af radiobølger på Jorden.

Begge missioner er en del af NASAs Commercial Lunar Payload Services-program. Robert MacDowall fra Goddard Spaceflight Center leder ROLSES-missionen, mens Stuart Bale ved University of California, Berkeley vil lede LuSEE. CU Boulder-teammedlemmer, der arbejder med Burns, omfatter postdoktor Keith Tauscher og kandidatstuderende Neil Bassett og Joshua Hibbard.

Og videre

Begge landere vil sætte scenen for DAPPER. Hvis denne satellit modtager officiel godkendelse fra NASA, den vil være på størrelse med en kuffert og vil bære fire ledningsantenner og en kasseformet "patch"-antenne. De følsomme værktøjer vil hjælpe rumfartøjet med at opfange de utroligt subtile spor af det tidlige univers' brintskyer.

Burns modtog for nylig en ny finansieringsrunde fra NASA for at fortsætte med at "modne" sit holds design til missionen. NASA's Ames Research Center, UC Berkeley og National Radio Astronomy Observatory er partnere på DAPPER.

"Det er det tætteste, vi er kommet på endelig at kunne udføre denne vigtige videnskab, så det er spændende, " sagde Burns.

Han er ikke tilfreds med at stoppe der. Astrofysikeren er også gået sammen med forskere ved California Institute of Technology og NASA's Jet Propulsion Laboratory for at udvikle endnu en mission. Det kaldes Farside Array for Radio Science Investigations of the Dark ages and Exoplanets (FARSIDE). Indsatsen kunne sende seks fod lange rullende robotter til månen, potentielt i slutningen af ​​årtiet. der, de vil lægge mere end 28 miles af ledninger ud på månens overflade i et spiralmønster - et hidtil uset array, der kunne detektere kosmiske signaler fra selve månens overflade.

Under den virtuelle snak i denne måned, NASAs Bridenstine bemærkede, at indsatser som DAPPER viser potentialet for videnskab på månen. Han sagde, at astronauter, der bor i en rumstation, der kredser om månen, eller endda i levesteder på månens overflade, måske en dag hjælpe videnskabsmænd som Burns med at indsamle deres data.

"Her har du menneskelig udforskning og den videnskabelige mission, der direkte drager fordel af hinanden, " sagde Bridenstine.