Månevidenskaben går ind i en ny aktiv fase

For første gang siden 1972 sætter NASA videnskabelige eksperimenter på månen i 2024. Og takket være nye teknologier og offentlig-private partnerskaber vil disse projekter åbne op for nye områder af videnskabelige muligheder. Som en del af flere projekter, der lanceres i år, vil hold af videnskabsmænd, inklusive mig selv, udføre radioastronomi fra sydpolen og den anden side af månen.

NASAs kommercielle program for månenyttelasttjenester, eller CLPS, vil bruge ubemandede landere til at udføre NASAs første videnskabelige eksperimenter fra månen i over 50 år. CLPS-programmet adskiller sig fra tidligere rumprogrammer. I stedet for at NASA bygger landerne og driver programmet, vil kommercielle virksomheder gøre det i et offentligt-privat partnerskab. NASA identificerede omkring et dusin virksomheder til at tjene som sælgere af landere, der vil gå til månen.

NASA køber plads på disse landere, så videnskabelige nyttelaster kan flyve til månen, og selskaberne designer, bygger og forsikrer landingsfartøjerne, samt indgår kontrakter med raketfirmaer om opsendelserne. I modsætning til tidligere er NASA en af ​​kunderne og ikke den eneste driver.

CLPS lanceres

De første to CLPS-nyttelaster er planlagt til at blive lanceret i løbet af de første to måneder af 2024. Der er Astrobotics-nyttelasten, som blev lanceret den 8. januar, før den oplevede et brændstofproblem, der afkortede rejsen til månen. Dernæst er der Intuitive Machines nyttelast, med en lancering planlagt til midten af ​​februar. NASA har også planlagt et par ekstra landinger – omkring to eller tre om året – for hvert af de næste par år.

Jeg er radioastronom og medforsker på NASAs ROLSES-program, også kendt som Radiowave Observations at the Lunar Surface of the photoElectron Sheath. ROLSES blev bygget af NASA Goddard Space Flight Center og ledes af Natchimuthuk Gopalswamy.

ROLSES-instrumentet lanceres med Intuitive Machines i februar. Mellem ROLSES og en anden mission, der er planlagt til månens fjerne side om to år, LuSEE-Night, vil vores hold lande NASA's første to radioteleskoper på månen i 2026.

Radioteleskoper på månen

Månen - især den anden side af månen - er et ideelt sted at lave radioastronomi og studere signaler fra udenjordiske objekter såsom solen og Mælkevejsgalaksen. På Jorden forvrænger og absorberer ionosfæren, som indeholder Jordens magnetfelt, radiosignaler under FM-båndet. Disse signaler kan blive forvrænget eller måske ikke engang nå jordens overflade.

På Jorden er der også tv-signaler, satellitudsendelser og forsvarsradarsystemer, der larmer. For at lave højere følsomhedsobservationer skal du ud i rummet, væk fra Jorden.

Månen er, hvad forskerne kalder tidevandslåst. Den ene side af månen vender altid mod Jorden - "manden i månen"-siden - og den anden side, den anden side, vender altid væk fra Jorden. Månen har ingen ionosfære, og med omkring 2.000 miles af sten mellem Jorden og den anden side af månen, er der ingen interferens. Det er stille i radioen.

Til vores første mission med ROLSES, der lanceres i februar 2024, vil vi indsamle data om miljøforhold på månen nær dens sydpol. På månens overflade rammer solvinden direkte månens overflade og skaber en ladet gas, kaldet plasma. Elektroner løfter den negativt ladede overflade for at danne en stærkt ioniseret gas.

Dette sker ikke på Jorden, fordi magnetfeltet afleder solvinden. Men der er ikke noget globalt magnetfelt på månen. Med et lavfrekvent radioteleskop som ROLSES vil vi være i stand til at måle det plasma for første gang, hvilket kan hjælpe videnskabsmænd med at finde ud af, hvordan man holder astronauter sikre på månen.

Når astronauter går rundt på månens overflade, opfanger de forskellige ladninger. Det er som at gå hen over gulvtæppet med dine sokker på – når du rækker ud efter et dørhåndtag, kan der komme en gnist ud af din finger. Den samme slags udladning sker på månen fra den ladede gas, men det er potentielt mere skadeligt for astronauter.

Sol- og exoplanetradioemissioner

Vores team kommer også til at bruge ROLSES til at se på solen. Solens overflade udsender chokbølger, der udsender meget energiske partikler og lav radiofrekvent emission. Vi vil bruge radioteleskoperne til at måle disse emissioner og til at se udbrud af lavfrekvente radiobølger fra stødbølger i solvinden.

Vi vil også undersøge Jorden fra månens overflade og bruge den proces som en skabelon til at se på radioemissioner fra exoplaneter, der kan rumme liv i andre stjernesystemer.

Magnetiske felter er vigtige for livet, fordi de beskytter planetens overflade mod sol-/stjernevinden.

I fremtiden håber vores team at bruge specialiserede arrays af antenner på den anden side af månen til at observere nærliggende stjernesystemer, der vides at have exoplaneter. Hvis vi opdager den samme slags radioemissioner, som kommer fra Jorden, vil dette fortælle os, at planeten har et magnetfelt. Og vi kan måle styrken af ​​magnetfeltet for at finde ud af, om det er stærkt nok til at beskytte liv.

Kosmologi på månen

Lunar Surface Electromagnetic Experiment at Night, eller LuSEE-Night, vil flyve i begyndelsen af ​​2026 til den anden side af månen. LuSEE-Night markerer videnskabsmænds første forsøg på at lave kosmologi på månen.

LuSEE-Night er et nyt samarbejde mellem NASA og Department of Energy. Data vil blive sendt tilbage til Jorden ved hjælp af en kommunikationssatellit i månekredsløb, Lunar Pathfinder, som er finansieret af European Space Agency.

Da den anden side af månen er enestående radiostøjsvag, er det det bedste sted at lave kosmologiske observationer. I løbet af de to uger af månenat, der sker hver 14. dag, kommer der ingen emission fra solen, og der er ingen ionosfære.

Vi håber at studere en uudforsket del af det tidlige univers kaldet den mørke middelalder. Den mørke middelalder refererer til før og lige efter dannelsen af ​​de allerførste stjerner og galakser i universet, hvilket er hinsides, hvad James Webb Space Telescope kan studere.

I den mørke middelalder var universet mindre end 100 millioner år gammelt – i dag er universet 13,7 milliarder år gammelt. Universet var fyldt med brint i den mørke middelalder. At brint udstråler gennem universet ved lave radiofrekvenser, og når nye stjerner tænder, ioniserer de brinten og producerer en radiosignatur i spektret. Vores team håber at kunne måle dette signal og lære om, hvordan de tidligste stjerner og galakser i universet blev dannet.

Der er også en masse potentiel ny fysik, som vi kan studere i denne sidste uudforskede kosmologiske epoke i universet. Vi vil undersøge naturen af ​​mørkt stof og tidlig mørk energi og teste vores grundlæggende modeller for fysik og kosmologi i en uudforsket tidsalder.

Den proces starter i 2026 med LuSEE-Night-missionen, som både er et fundamentalt fysikeksperiment og et kosmologisk eksperiment.

Leveret af The Conversation

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.