Η κατασκευή τηλεσκοπίων στη Σελήνη θα μπορούσε να μεταμορφώσει την αστρονομία

Η εξερεύνηση της Σελήνης περνά μια αναγέννηση. Δεκάδες αποστολές, οργανωμένες από πολλαπλές διαστημικές υπηρεσίες – και όλο και περισσότερες από εμπορικές εταιρείες – πρόκειται να επισκεφθούν τη Σελήνη μέχρι το τέλος αυτής της δεκαετίας. Οι περισσότερες από αυτές θα περιλαμβάνουν μικρά ρομποτικά διαστημόπλοια, αλλά το φιλόδοξο πρόγραμμα Artemis της NASA στοχεύει να επιστρέψει τους ανθρώπους στη σεληνιακή επιφάνεια μέχρι τα μέσα της δεκαετίας.

Υπάρχουν διάφοροι λόγοι για όλη αυτή τη δραστηριότητα, συμπεριλαμβανομένης της γεωπολιτικής στάσης και της αναζήτησης σεληνιακών πόρων, όπως το νερό-πάγος στους σεληνιακούς πόλους, που μπορούν να εξαχθούν και να μετατραπούν σε προωθητικό υδρογόνου και οξυγόνου για πυραύλους. Ωστόσο, η επιστήμη είναι επίσης βέβαιο ότι θα ωφεληθεί σημαντικά.

Η Σελήνη έχει ακόμα πολλά να μας πει για την προέλευση και την εξέλιξη του ηλιακού συστήματος. Έχει επίσης επιστημονική αξία ως πλατφόρμα για την παρατηρητική αστρονομία.

Ο πιθανός ρόλος της αστρονομίας του φυσικού δορυφόρου της Γης συζητήθηκε σε μια συνάντηση της Βασιλικής Εταιρείας νωρίτερα αυτό το έτος. Η ίδια η συνάντηση είχε, εν μέρει, πυροδοτηθεί από την ενισχυμένη πρόσβαση στη σεληνιακή επιφάνεια που είναι τώρα προοπτική.

Πλεονεκτήματα της μακρινής πλευράς

Διάφοροι τύποι αστρονομίας θα ωφεληθούν. Το πιο προφανές είναι η ραδιοαστρονομία, η οποία μπορεί να διεξαχθεί από την πλευρά της Σελήνης που βλέπει πάντα μακριά από τη Γη – την μακρινή πλευρά.

Η μακρινή πλευρά της Σελήνης είναι μόνιμα θωρακισμένη από τα ραδιοσήματα που παράγονται από τους ανθρώπους στη Γη. Κατά τη διάρκεια της σεληνιακής νύχτας, προστατεύεται επίσης από τον Ήλιο. Αυτά τα χαρακτηριστικά την καθιστούν πιθανώς την πιο «ήσυχη» τοποθεσία σε ολόκληρο το ηλιακό σύστημα, καθώς κανένας άλλος πλανήτης ή φεγγάρι δεν έχει πλευρά που να βλέπει μόνιμα μακριά από τη Γη. Ως εκ τούτου, είναι ιδανική για τη ραδιοαστρονομία.

Τα ραδιοκύματα είναι μια μορφή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας – όπως είναι, για παράδειγμα, τα υπέρυθρα, τα υπεριώδη και τα κύματα ορατού φωτός. Ορίζονται από το ότι έχουν διαφορετικά μήκη κύματος στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα.

Τα ραδιοκύματα με μήκη κύματος μεγαλύτερα από περίπου 15 μέτρα εμποδίζονται από την ιονόσφαιρα της Γης. Αλλά τα ραδιοκύματα σε αυτά τα μήκη κύματος φτάνουν στην επιφάνεια της Σελήνης ανεμπόδιστα. Για την αστρονομία, αυτή είναι η τελευταία ανεξερεύνητη περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος και μπορεί να μελετηθεί καλύτερα από τη σεληνιακή μακρινή πλευρά.

Οι παρατηρήσεις του Κόσμου σε αυτά τα μήκη κύματος βρίσκονται κάτω από την ομπρέλα της «ραδιοαστρονομίας χαμηλής συχνότητας». Αυτά τα μήκη κύματος είναι μοναδικά ικανά να διερευνήσουν τη δομή του πρώιμου σύμπαντος, ειδικά τους κοσμικούς «σκοτεινούς αιώνες» – μια εποχή πριν από τη δημιουργία των πρώτων γαλαξιών.

Εκείνη την εποχή, το μεγαλύτερο μέρος της ύλης στο σύμπαν, εξαιρουμένης της μυστηριώδους σκοτεινής ύλης, είχε τη μορφή ουδέτερων ατόμων υδρογόνου. Αυτά εκπέμπουν και απορροφούν ακτινοβολία με χαρακτηριστικό μήκος κύματος 21 cm. Οι ραδιοαστρονόμοι χρησιμοποιούν αυτήν την ιδιότητα για να μελετήσουν τα σύννεφα υδρογόνου στον δικό μας γαλαξία από τη δεκαετία του 1950.

Επειδή το σύμπαν διαστέλλεται συνεχώς, το σήμα των 21 cm που παράγεται από το υδρογόνο στο πρώιμο σύμπαν έχει μετατοπιστεί σε πολύ μεγαλύτερα μήκη κύματος. Ως αποτέλεσμα, το υδρογόνο από τους κοσμικούς «σκοτεινούς αιώνες» θα εμφανιστεί σε εμάς με μήκη κύματος μεγαλύτερα από 10 μέτρα. Η σεληνιακή μακρινή πλευρά μπορεί να είναι το μόνο μέρος όπου μπορούμε να το μελετήσουμε αυτό.

Ο αστρονόμος Τζακ Μπερνς παρείχε μια καλή περίληψη του σχετικού επιστημονικού υπόβαθρου στην πρόσφατη συνάντηση της Βασιλικής Εταιρείας, αποκαλώντας την μακρινή πλευρά του φεγγαριού:

«μια παρθένα, ήσυχη πλατφόρμα για τη διεξαγωγή παρατηρήσεων χαμηλής ραδιοσυχνότητας των πρώιμων σκοτεινών χρόνων του Σύμπαντος, καθώς και του διαστημικού καιρού και των μαγνητόσφαιρων που σχετίζονται με κατοικήσιμους εξωπλανήτες».

Σήματα από άλλα αστέρια

Όπως λέει ο Μπερνς, μια άλλη πιθανή εφαρμογή της ραδιοαστρονομίας της μακρινής πλευράς προσπαθεί να ανιχνεύσει ραδιοκύματα από φορτισμένα σωματίδια που παγιδεύονται από μαγνητικά πεδία – μαγνητόσφαιρες – πλανητών που περιφέρονται γύρω από άλλα αστέρια.

Αυτό θα βοηθούσε να εκτιμηθεί πόσο ικανοί είναι αυτοί οι εξωπλανήτες να φιλοξενήσουν ζωή. Τα ραδιοκύματα από μαγνητόσφαιρες εξωπλανητών θα έχουν πιθανώς μήκη κύματος μεγαλύτερα από 100 μέτρα, επομένως θα απαιτούσαν ένα ραδιο-ήσυχο περιβάλλον στο διάστημα. Και πάλι, η μακρινή πλευρά της Σελήνης θα είναι η καλύτερη τοποθεσία.

Ένα παρόμοιο επιχείρημα μπορεί να προβληθεί για προσπάθειες ανίχνευσης σημάτων από ευφυείς εξωγήινους. Και, ανοίγοντας ένα ανεξερεύνητο τμήμα του ραδιοφάσματος, υπάρχει επίσης η δυνατότητα να γίνουν τυχαίες ανακαλύψεις νέων φαινομένων.

Θα πρέπει να λάβουμε μια ένδειξη της δυνατότητας αυτών των παρατηρήσεων όταν η αποστολή LuSEE-Night της NASA προσγειωθεί στη σεληνιακή μακρινή πλευρά το 2025 ή το 2026.

Βάθη κρατήρα

Η Σελήνη προσφέρει επίσης ευκαιρίες και για άλλους τύπους αστρονομίας. Οι αστρονόμοι έχουν μεγάλη εμπειρία με οπτικά και υπέρυθρα τηλεσκόπια που λειτουργούν σε ελεύθερο χώρο, όπως το τηλεσκόπιο Hubble και το JWST. Ωστόσο, η σταθερότητα της σεληνιακής επιφάνειας μπορεί να προσφέρει πλεονεκτήματα σε αυτούς τους τύπους οργάνων.

Επιπλέον, υπάρχουν κρατήρες στους σεληνιακούς πόλους που δεν δέχονται ηλιακό φως. Τα τηλεσκόπια που παρατηρούν το σύμπαν σε υπέρυθρα μήκη κύματος είναι πολύ ευαίσθητα στη θερμότητα και ως εκ τούτου πρέπει να λειτουργούν σε χαμηλές θερμοκρασίες. Το JWST, για παράδειγμα, χρειάζεται ένα τεράστιο ηλιακό προστατευτικό για να το προστατεύει από τις ακτίνες του ήλιου. Στη Σελήνη, ένα φυσικό χείλος κρατήρα θα μπορούσε να παρέχει αυτή τη θωράκιση δωρεάν.

Η χαμηλή βαρύτητα της Σελήνης μπορεί επίσης να επιτρέψει την κατασκευή πολύ μεγαλύτερων τηλεσκοπίων από ό,τι είναι εφικτό για δορυφόρους που πετούν ελεύθερα. Αυτές οι σκέψεις οδήγησαν τον αστρονόμο Jean-Pierre Maillard να προτείνει ότι η Σελήνη μπορεί να είναι το μέλλον της υπέρυθρης αστρονομίας.

Το ψυχρό, σταθερό περιβάλλον των μόνιμα σκιαζόμενων κρατήρων μπορεί επίσης να έχει πλεονεκτήματα για την επόμενη γενιά οργάνων για την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων – «κυματισμούς» στο χωροχρόνο που προκαλούνται από διεργασίες όπως η έκρηξη άστρων και η σύγκρουση μαύρων τρυπών.

Επιπλέον, για δισεκατομμύρια χρόνια η Σελήνη βομβαρδίζεται από φορτισμένα σωματίδια από τον ήλιο – ηλιακό άνεμο – και γαλαξιακές κοσμικές ακτίνες. Η σεληνιακή επιφάνεια μπορεί να περιέχει ένα πλούσιο αρχείο αυτών των διεργασιών. Η μελέτη τους θα μπορούσε να δώσει πληροφορίες για την εξέλιξη τόσο του Ήλιου όσο και του Γαλαξία.

Για όλους αυτούς τους λόγους, η αστρονομία πρόκειται να επωφεληθεί από την τρέχουσα αναγέννηση στη σεληνιακή εξερεύνηση. Συγκεκριμένα, η αστρονομία είναι πιθανό να επωφεληθεί από την υποδομή που έχει δημιουργηθεί στη Σελήνη καθώς προχωρά η εξερεύνηση της Σελήνης. Αυτό θα περιλαμβάνει τόσο μεταφορικές υποδομές – πυραύλους, προσγειωμένους και άλλα οχήματα – για πρόσβαση στην επιφάνεια, καθώς και ανθρώπους και ρομπότ επί τόπου για την κατασκευή και συντήρηση αστρονομικών οργάνων.

Αλλά υπάρχει επίσης μια ένταση εδώ: οι ανθρώπινες δραστηριότητες στη σεληνιακή μακρινή πλευρά μπορεί να δημιουργήσουν ανεπιθύμητες ραδιοπαρεμβολές και τα σχέδια εξαγωγής πάγου νερού από σκιασμένους κρατήρες μπορεί να δυσκολέψουν τη χρήση αυτών των ίδιων κρατήρων για την αστρονομία. Όπως υποστηρίξαμε πρόσφατα οι συνάδελφοί μου και εγώ, θα χρειαστεί να διασφαλίσουμε ότι οι σεληνιακές τοποθεσίες που είναι μοναδικά πολύτιμες για την αστρονομία προστατεύονται σε αυτή τη νέα εποχή της σεληνιακής εξερεύνησης.

Πηγή: theconversation.com