Månutforskning går in i en ny aktiv fas, med den kommersiella lanseringen av landare utformade för att studera solvinden och titta in i universums mörka tidsålder

För första gången sedan 1972 kommer NASA att genomföra vetenskapliga experiment på månen 2024. Och tack vare ny teknik och offentlig-privata partnerskap kommer dessa projekt att öppna upp nya områden med vetenskapliga möjligheter. Som en del av flera projekt som startar i år kommer team av forskare, inklusive jag själv, att utföra radioastronomi från Sydpolen och månens bortre sida.

NASA:s Commercial Lunar Payload Services Program (CLPS) kommer att använda obemannade landare för att genomföra NASA:s första vetenskapliga experiment från månen på över 50 år. CLPS-programmet skiljer sig från tidigare rymdprogram. Istället för att NASA bygger landarna och kör programmet kommer kommersiella företag att göra det i ett offentlig-privat partnerskap. NASA har identifierat ett dussintal företag som kommer att fungera som leverantörer för landare att åka till månen.

NASA köper utrymme på dessa landare för att vetenskaplig nyttolaster ska kunna gå till månen, och företagen designar, bygger och försäkrar landarna och kontrakterar med raketföretag för uppskjutningarna. Till skillnad från tidigare är NASA en av kunderna och inte den enda föraren.

CLPS startar

De två första CLPS-nyttolasterna är planerade att lanseras under de första två månaderna 2024. Det är Astrobotics nyttolast, som lanserades den 8 januari innan ett bränsleproblem uppstod som avbröt resan till månen. Härnäst är nyttolasten Intuitive Machines, som är planerad att lanseras i mitten av februari. NASA har också några ytterligare landningar planerade för vart och ett av de närmaste åren – cirka två till tre per år.

Jag är radioastronom och medutredare i NASA:s ROLSES-program, även känt som Radiowave Observations at the Lunar Surface of the photoElectron Sheath. ROLSES byggdes av NASA Goddard Space Flight Center och leds av Natchimuthuk Gopalswamy.

ROLSES-instrumentet kommer att lanseras med Intuitive Machines i februari. Mellan ROLSES och ett annat uppdrag som planeras på bortre sidan av månen om två år, LuSEE-Night, kommer våra team att landa NASA:s två första radioteleskop på månen 2026.

Radioteleskop på månen

Månen – särskilt månens bortre sida – är en idealisk plats för radioastronomi och för att studera signaler från utomjordiska objekt som solen och Vintergatan. På jorden förvränger och absorberar jonosfären, som innehåller jordens magnetfält, radiosignaler under FM-bandet. Dessa signaler kan störas eller inte nå jordens yta alls.

På jorden finns även tv-signaler, satellitsändningar och försvarsradarsystem som brusar. För att göra observationer med högre känslighet måste du flyga ut i rymden, bort från jorden.

Månen är vad forskare kallar tidvattenlåst. Ena sidan av månen är alltid vänd mot jorden – “mannen i månen” – och den andra sidan, den andra sidan, alltid vänd bort från jorden. Månen har ingen jonosfär och eftersom det finns cirka 2 000 miles av sten mellan jorden och den bortre sidan av månen, finns det ingen störning. Det är radiotystnad.

För vårt första uppdrag med ROLSES, som lanseras i februari 2024, kommer vi att samla in data om miljöförhållandena på månen nära dess sydpol. På månens yta träffar solvinden månens yta direkt och skapar en laddad gas som kallas plasma. Elektroner lyfter bort den negativt laddade ytan och bildar en starkt joniserad gas.

Detta händer inte på jorden eftersom magnetfältet avleder solvinden. Men det finns inget globalt magnetfält på månen. Genom att använda ett lågfrekvent radioteleskop som ROLSES kommer vi att kunna mäta denna plasma för första gången, vilket kan hjälpa forskare att ta reda på hur man skyddar astronauter på månen.

När astronauter går runt månens yta plockar de upp olika laddningar. Det är som att gå på mattan i strumpor – när du sträcker dig efter dörrhandtaget kan det komma en gnista ur ditt finger. Samma typ av urladdning sker på månen från den laddade gasen, men är potentiellt mer skadlig för astronauter.

Radioutsläpp från solen och exoplaneter

Vårt team kommer också att använda ROLSES för att observera solen. Solens yta släpper ut chockvågor som avger högenergipartiklar och lågfrekventa emissioner. Vi kommer att använda radioteleskopen för att mäta dessa utsläpp och observera skurar av lågfrekventa radiovågor från stötvågor i solvinden.

Vi kommer också att studera jorden från månens yta och använda denna process som en mall för att studera radioemissioner från exoplaneter som kan hysa liv i andra stjärnsystem.

Magnetiska fält är viktiga för livet eftersom de skyddar planetens yta från sol-/stjärnvinden.

I framtiden hoppas vårt team kunna använda speciella antennuppsättningar på månens bortre sida för att observera närliggande stjärnsystem som är kända för att innehålla exoplaneter. Om vi ​​upptäcker samma typ av radioemissioner från jorden kan vi dra slutsatsen att planeten har ett magnetfält. Och vi kan mäta styrkan på magnetfältet för att ta reda på om det är tillräckligt starkt för att skydda liv.

Kosmologi på månen

Lunar Surface Electromagnetic Experiment at Night, eller LuSEE-Night, kommer att flyga till månens bortre sida i början av 2026. LuSEE-Night markerar det första försöket av forskare att bedriva kosmologi på månen.

LuSEE-Night är ett nytt samarbete mellan NASA och Department of Energy. Data kommer att skickas tillbaka till jorden med hjälp av en kommunikationssatellit i månbana, Lunar Pathfinder, finansierad av Europeiska rymdorganisationen.

Eftersom det råder en unik radiotystnad på månens bortre sida är det den bästa platsen för kosmologiska observationer. Under den två veckor långa månnatten, som inträffar var 14:e dag, sker inga utsläpp från solen och ingen jonosfär.

Vi hoppas kunna undersöka en outforskad del av det tidiga universum, den mörka medeltiden. Den mörka medeltiden hänvisar till perioden före och omedelbart efter bildandet av de allra första stjärnorna och galaxerna i universum, vilket är bortom kapaciteten hos rymdteleskopet James Webb.

Under den mörka medeltiden var universum mindre än 100 miljoner år gammalt – idag är universum 13,7 miljarder år gammalt. Under den mörka medeltiden var universum fullt av väte. Detta väte strålar ut genom universum vid låga radiofrekvenser, och när nya stjärnor bildas joniserar de vätet och skapar en radiosignatur i spektrumet. Vårt team hoppas kunna mäta denna signal och ta reda på hur de tidigaste stjärnorna och galaxerna i universum bildades.

Det finns också mycket potential för ny fysik som vi kan utforska under denna sista outforskade kosmologiska epok i universum. Vi kommer att undersöka naturen hos mörk materia och tidig mörk energi, och testa våra grundläggande modeller för fysik och kosmologi i en outforskad tidsålder.

Denna process kommer att börja 2026 med LuSEE Night-uppdraget, som är både ett fundamentalt fysikexperiment och ett kosmologiskt experiment.

Den här artikeln återpublicerades från The Conversation, en ideell, oberoende nyhetsorganisation som ger dig fakta och pålitlig analys för att hjälpa dig förstå vår komplexa värld. Det skrevs av: Jack Burns, University of Colorado Boulder

Läs mer:

Jack Burns får finansiering från NASA.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *