La exploración lunar está experimentando un renacimiento. Docenas de misiones , organizadas por múltiples agencias espaciales, y cada vez más por compañías comerciales, visitarán la Luna a fines de esta década. La mayoría de estos involucrarán pequeñas naves espaciales robóticas, pero el ambicioso programa Artemisa de la NASA tiene como objetivo devolver a los humanos a la superficie lunar a mediados de la década.
Hay varias razones para toda esta actividad, incluida la postura geopolítica y la búsqueda de recursos lunares, como el hielo de agua en los polos lunares , que se puede extraer y convertir en propulsor de hidrógeno y oxígeno para cohetes. Sin embargo, es seguro que la ciencia también será una de las principales beneficiarias.
La Luna todavía tiene mucho que decirnos sobre el origen y la evolución del sistema solar. También tiene valor científico como plataforma para la observación astronómica.
El papel potencial para la astronomía del satélite natural de la Tierra se discutió en una reunión de la Royal Society a principios de este año. La reunión en sí había sido provocada, en parte, por el acceso mejorado a la superficie lunar ahora en perspectiva.
Beneficios del lado lejano
Varios tipos de astronomía se beneficiarían. La más obvia es la radioastronomía, que puede llevarse a cabo desde el lado de la Luna que siempre mira en dirección opuesta a la Tierra: el lado oculto.
La cara oculta de la Luna está permanentemente protegida de las señales de radio generadas por los humanos en la Tierra. Durante la noche lunar, también está protegida del sol. Estas características lo convierten probablemente en el lugar más «radio silencioso» de todo el sistema solar, ya que ningún otro planeta o Luna tiene un lado que mira permanentemente en dirección opuesta a la Tierra. Por lo tanto, es ideal para la radioastronomía.
Las ondas de radio son una forma de energía electromagnética, como lo son, por ejemplo, las ondas infrarrojas, ultravioletas y de luz visible. Se definen por tener diferentes longitudes de onda en el espectro electromagnético.
Las ondas de radio con longitudes de onda superiores a unos 15 metros son bloqueadas por la ionosfera de la Tierra . Pero las ondas de radio en estas longitudes de onda alcanzan la superficie de la Luna sin obstáculos. Para la astronomía, esta es la última región inexplorada del espectro electromagnético, y se estudia mejor desde la cara oculta de la Luna.
Las observaciones del cosmos en estas longitudes de onda se encuentran bajo el paraguas de la «radioastronomía de baja frecuencia». Estas longitudes de onda tienen la capacidad única de sondear la estructura del universo primitivo, especialmente las » edades oscuras » cósmicas, una era anterior a la formación de las primeras galaxias.
En ese momento, la mayor parte de la materia del universo, excluyendo la misteriosa materia oscura , estaba en forma de átomos de hidrógeno neutro. Éstos emiten y absorben radiación con una longitud de onda característica de 21 centímetros. Los radioastrónomos han estado utilizando esta propiedad para estudiar las nubes de hidrógeno en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, desde la década de 1950.
Debido a que el universo está en constante expansión, la señal de 21 cm generada por el hidrógeno en el universo primitivo se ha desplazado a longitudes de onda mucho más largas. Como resultado, el hidrógeno de las “edades oscuras” cósmicas se nos aparecerá con longitudes de onda superiores a los 10 metros. El lado lejano lunar puede ser el único lugar donde podemos estudiar esto.
El astrónomo Jack Burns proporcionó un buen resumen de los antecedentes científicos relevantes en la reciente reunión de la Royal Society, llamando a la cara oculta de la Luna una «plataforma tranquila y prístina para realizar observaciones de baja frecuencia de radio de la Edad Oscura del Universo primitivo, así como del clima espacial. y magnetosferas asociadas con exoplanetas habitables”.
Señales de otras estrellas
Como dice Burns, otra aplicación potencial de la radioastronomía del otro lado es tratar de detectar ondas de radio de partículas cargadas atrapadas por campos magnéticos ( magnetósferas ) de planetas que orbitan alrededor de otras estrellas.
Esto ayudaría a evaluar cuán capaces son estos exoplanetas de albergar vida. Las ondas de radio de las magnetosferas de los exoplanetas probablemente tendrían longitudes de onda superiores a los 100 metros, por lo que requerirían un entorno silencioso en el espacio. Nuevamente, el lado oculto de la Luna será la mejor ubicación.
Se puede hacer un argumento similar para los intentos de detectar señales de extraterrestres inteligentes . Y, al abrir una parte inexplorada del espectro de radio, también existe la posibilidad de hacer descubrimientos fortuitos de nuevos fenómenos.
Deberíamos obtener una indicación del potencial de estas observaciones cuando la misión LuSEE-Night de la NASA aterrice en la cara oculta de la Luna en 2025 o 2026.
Profundidades del cráter
La Luna también ofrece oportunidades para otros tipos de astronomía. Los astrónomos tienen mucha experiencia con telescopios ópticos e infrarrojos que operan en el espacio libre, como el telescopio Hubble y el JWST . Sin embargo, la estabilidad de la superficie lunar puede conferir ventajas a este tipo de instrumentos.
Además, hay cráteres en los polos lunares que no reciben luz solar. Los telescopios que observan el universo en longitudes de onda infrarrojas son muy sensibles al calor y, por lo tanto, tienen que operar a bajas temperaturas. JWST, por ejemplo, necesita un gran parasol para protegerse de los rayos del sol. En la Luna, el borde de un cráter natural podría proporcionar este escudo de forma gratuita.
La baja gravedad de la Luna también puede permitir la construcción de telescopios mucho más grandes de lo que es factible para los satélites de vuelo libre. Estas consideraciones han llevado al astrónomo Jean-Pierre Maillard a sugerir que la Luna puede ser el futuro de la astronomía infrarroja .
El entorno frío y estable de los cráteres en sombras permanentes también puede tener ventajas para la próxima generación de instrumentos para detectar ondas gravitacionales , «ondulaciones» en el espacio-tiempo causadas por procesos como la explosión de estrellas y la colisión de agujeros negros.
Además, durante miles de millones de años, la Luna ha sido bombardeada por partículas cargadas del Sol (viento solar) y rayos cósmicos galácticos. La superficie lunar puede contener un rico registro de estos procesos . Estudiarlos podría arrojar información sobre la evolución tanto del Sol como de la Vía Láctea.
Por todas estas razones, la astronomía se beneficiará del actual renacimiento de la exploración lunar. En particular, es probable que la astronomía se beneficie de la infraestructura construida en la Luna a medida que avanza la exploración lunar. Esto incluirá infraestructura de transporte (cohetes, módulos de aterrizaje y otros vehículos) para acceder a la superficie, así como humanos y robots en el sitio para construir y mantener instrumentos astronómicos.
Pero también hay una tensión aquí: las actividades humanas en la cara oculta de la luna pueden crear interferencias de radio no deseadas, y los planes para extraer hielo de agua de los cráteres sombreados pueden dificultar que esos mismos cráteres se utilicen para la astronomía. Como mis colegas y yo argumentamos recientemente , debemos asegurarnos de que las ubicaciones lunares que son especialmente valiosas para la astronomía estén protegidas en esta nueva era de exploración lunar.