Er zijn veel redenen waarom NASA de Artemis-missie nastreeft om tegen 2024 astronauten op de maan te laten landen:het is een cruciale manier om de maan zelf te bestuderen en een veilig pad naar Mars te effenen. Maar het is ook een geweldige plek om meer te leren over het beschermen van de aarde, dat slechts een deel is van het grotere zonne-aarde-systeem.

Heliofysici - wetenschappers die de zon en zijn invloed op aarde bestuderen - zullen ook hun eigen NASA-missies sturen als onderdeel van Artemis. Hun doel is om de complexe ruimteomgeving rondom onze planeet beter te begrijpen, waarvan een groot deel wordt aangedreven door onze zon. Hoe meer we dat systeem begrijpen, hoe meer we ruimtetechnologie kunnen beschermen, radiocommunicatie, en elektriciteitsnetten van de toorn van onze naaste ster.

Hier zijn vijf redenen waarom heliofysici dol zijn op maankansen.

1. Het is een stabiele satelliet

Het eerste voordeel van op de maan gebaseerde wetenschap betreft satellietjitter, die ruimtewetenschappers van elke streep rammelt.

Satellieten zijn wankeler dan je zou denken. Ze zijn gemaakt van metalen die uitzetten en krimpen bij temperatuurschommelingen. Ze dragen telescopen die constant draaien om op doelen gericht te blijven. Ze vuren boosters af en draaien reactiewielen om in een baan om de aarde te blijven. Elk van deze manoeuvres veroorzaakt jitter, die metingen kunnen uitlokken die precisie vereisen.

Maar de maan - de enige natuurlijke satelliet van de aarde - rijdt veel soepeler.

"De maan is een mooie stabiele plaats - hij schudt of trilt niet zoals een ruimtevaartuig, " zei David Sibeck, een heliofysicus bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "Iedereen die metingen met een hoge resolutie probeert uit te voeren, hoeft zich geen zorgen te maken over jitter."

Een jittervrije omgeving is een pluspunt voor alle ruimtewetenschappen, maar er zijn extra bonussen voor heliofysici die de aurora bestuderen. Met een gemiddelde van 238, 855 mijl van de aarde, de maan heeft een geweldig uitzicht op de aurora van de aarde wanneer ze tijdens grote geomagnetische stormen naar de evenaar bewegen. In aanvulling, aangezien dezelfde kant van de maan altijd naar de aarde is gericht, telescopen hoeven niet zo veel te worden afgesteld. Plant ze op het oppervlak, en de maan houdt ze voor je gericht.

2. Prime Eclipse-weergave, Op aanvraag

Lang voor het ruimtetijdperk, wetenschappers vertrouwden op de maan om hen te helpen de zon te bestuderen. Geduldige waarnemers wachtten op totale zonsverduisteringen, wanneer de maan het heldere oppervlak van de zon blokkeert. Alleen dan konden ze de ijle buitenatmosfeer zien, bekend als de corona.

Maar de wachttijden kunnen lang zijn. Eens in de 18 maanden vindt ergens op aarde een totale zonsverduistering plaats. Voor elke specifieke locatie, het is meer als eens in de vier eeuwen.

"We halen fantastische resultaten uit verduisteringen, " zei John Kuiper, een heliofysicus bij Goddard. "Maar we krijgen ze niet elke dag."

Maar een telescoop die naar de zon kijkt, in de juiste soort baan rond de maan, kan verduisteringen "op aanvraag" genereren. In plaats van te wachten tot de maan over de gezichtslijn van je telescoop beweegt, Kuiper legt uit, je beweegt je zichtlijn achter de maan.

"In feite gebruik je de mesrand van het maanbeen tegen het diepe donker, zwarte lucht, " zei Cooper. Aangezien de maan geen beeldverstorende atmosfeer heeft om doorheen te kijken, de metingen zouden nog scherper zijn dan die op aarde.

Vanuit zijn baan van dichtbij, zo'n telescoop zou geen totale zonsverduisteringen genereren - hij zou één deel van de ledematen van de zon tegelijk bestuderen. Maar Cooper schat dat je zowel de oostelijke als de westelijke ledematen van de zon één keer per omwenteling kunt zien - twee weergaven met hoge resolutie, elke dag.

3. Het bevindt zich buiten het magnetische veld van de aarde

Ruimteweer is een onderdeel van de heliofysica waar pure wetenschap realtime wordt toegepast. Ruimteweerwetenschappers bestuderen de zon - inclusief de constante stroom zonnewind - en hun impact op aarde. Deze toegepaste onderzoekers moeten die fundamentele fysica onder de knie krijgen om onze waardevolle communicatie- en GPS-satellieten veilig te houden. Maar bepalen of een satelliet in gevaar is, kan lastig zijn.

De veiligheid van een satelliet hangt af, gedeeltelijk, of het zich binnen of buiten de magnetopauze van de aarde bevindt. De magnetopauze is een verschuivend niemandsland waar het magnetische schild van de aarde ophoudt en het grootste deel van het ruimteweer begint. Binnenkant, je bent grotendeels veilig. Buiten, jij bent niet.

Maar op dit moment, de enige manier om te weten waar die grens ligt, is om er doorheen te vliegen.

"Soms is er een kronkel in de gegevens, en je kunt zien dat de grens je overschreed, "zei Sibeck. "Soms zie je tien wiebelen."

Maar er is een andere manier om de magnetopauze te vinden als je ver genoeg buiten het magnetische schild van de aarde kunt komen. Als de zonnewind de atmosfeer van de aarde raakt net buiten de magnetopauze, het zendt röntgenstralen uit. Een goed geplaatste röntgentelescoop zou dat licht kunnen opvangen en de locatie van de magnetopauze kunnen volgen.

Daarom zit Sibeck in een team, onder leiding van ruimtewetenschapper Brian Walsh van de Boston University, dat is een röntgentelescoop op de maan zetten.

"Niemand heeft deze globale foto's gemaakt, en de maan heeft een goed uitkijkpunt van buiten het magnetische veld van de aarde, ' zei Sibeck.

De heliosferische X-ray Imager van de maanomgeving, of LEXI-missie, zal op het maanoppervlak worden geplant om real-time te nemen, globale foto's van de magnetopauze. Op 1 juli 2019, NASA heeft aangekondigd dat LEXI een van de eerste maanladingen zal zijn die zullen deelnemen aan de Artemis-missie. Ze verwachten in 2022 op het oppervlak van de maan te zijn.

LEXI is iets meer dan een meter lang, maar het maanoppervlak is geschikt voor veel grotere röntgentelescopen. Dat is goed nieuws, omdat röntgenstralen moeilijk scherp te stellen zijn; langere telescopen krijgen beelden met een veel hogere resolutie. De eis om groot te zijn vormt een probleem; sommige satellieten zijn gewoon niet groot genoeg om ze te dragen. "Maar op de maan, dingen kunnen heel groot zijn, ' zei Sibeck.

4. Je kunt de geschiedenis van de zon opgraven

Het antwoord op sommige vragen in de heliofysica ligt begraven op de maan zelf.

"De maan is als een tijdcapsule, " zei Steve Clarke, Plaatsvervangend Associate Administrator voor Exploratie bij NASA. "Omdat het tegelijkertijd met de aarde werd gevormd, het heeft de geschiedenis van het zonnestelsel op zijn oppervlak."

Tijdens de eerste miljard jaar de zon draaide waarschijnlijk sneller dan nu, een groter volume aan zonne-uitbarstingen uit te stoten en de ruimte die de planeten vormde te elektrificeren. Maar om zeker te weten hoe die eerste miljard jaar eruit zag, we hebben bewijs nodig voor dingen die lang zijn gebeurd, lang geleden.

De maan - die geen atmosfeer heeft, geen vloeibaar water, en geen platentektoniek - levert precies zo'n historisch record. Zonne-uitbarstingen van miljarden jaren geleden laten onverstoorde sporen achter in maanstof.

Een recent artikel keek naar maanstof om de hoeveelheid vluchtige stoffen te bestuderen - elementen zoals natrium en kalium, met lage kookpunten - dat bleef in maanmonsters. Deze vluchtige stoffen worden van de maan getrapt wanneer energetische zonnedeeltjes het maanoppervlak raken. Door te kijken hoeveel van deze elementen in de loop van de tijd zijn uitgeput, wetenschappers zagen de eerste miljard jaar van onze zon in een bredere context. Hoewel het vroeger sneller draaide dan nu, in vergelijking met anderen was het nog steeds een "slow rotator, " draait langzamer dan 50% van vergelijkbare sterren - en barst veel minder vaak uit dan het zou kunnen zijn.

"Het had een veel hardere omgeving kunnen zijn, " zei Prabal Saxena, hoofdauteur van de studie en een astronoom bij Goddard.

Er is nog meer oude geschiedenis te leren van maanstof. De maan heeft geen globaal magnetisch veld, maar misschien heeft hij er in het verleden wel een gehad. Monsters van de polen van de maan, waar de komende Artemis-missie van plan is te landen, zou kunnen aantonen of een historisch magnetisch veld het patroon van achtergebleven vluchtige stoffen veranderde.

5. Het is een testbed voor Mars

Voor toekomstige astronauten op de maan en Mars, ruimteweer zal constante aandacht vereisen. The Sun biedt genoeg om je zorgen over te maken - en het reist snel.

Op de maan, Röntgenlicht van zonnevlammen bereikt het oppervlak binnen acht minuten. Coronale massa-ejecties - gigantische wolken van hete, geladen deeltjes - kunnen het binnen een dag bereiken. zonne-energetische deeltjes, of SEP's, zijn zeldzamer, maar nog sneller en gevaarlijker.

"SEP's komen om 10 uur, 20% de snelheid van het licht, ons binnen een uur bereiken, " zei Karin Muglach, een zonnefysicus bij Goddard's Space Weather Lab. "Deze dingen zijn als kogels."

Omdat de maan slechts een lichtseconde verwijderd is, waarschuwingssystemen op aarde zouden goed genoeg moeten zijn om astronauten op de maan te beschermen. "Maar als je naar Mars gaat, communicatie kan behoorlijk vertraagd zijn, ' zei Muglach.

Het testen van dergelijke beveiligingssystemen in de buurt is een van de redenen waarom NASA naar de maan gaat voordat ze naar Mars gaat.

Naar de maan en verder

Terwijl NASA vooruit gaat naar de maan en verder naar Mars, nieuwe mogelijkheden om meer te weten te komen over de zon-aarde-verbinding zijn er in overvloed. Maar het is niet alleen basiswetenschap. De invloed van de zon vult de ruimte om ons heen - de ruimte die toekomstige astronauten zullen moeten navigeren en begrijpen.

"Niet alle wetenschappen krijgen dat echt praktische aspect, " zei Jim Spann, leidende ruimteweerwetenschapper op het NASA-hoofdkwartier in Washington, D.C. "Ik denk dat dat best cool is."