Voor het eerst sinds 1972 zet NASA in 2024 wetenschappelijke experimenten op de maan. En dankzij nieuwe technologieën en publiek-private partnerschappen zullen deze projecten nieuwe domeinen van wetenschappelijke mogelijkheden openen. Als onderdeel van verschillende projecten die dit jaar van start gaan, zullen teams van wetenschappers, waaronder ikzelf, radioastronomie uitvoeren vanaf de zuidpool en de andere kant van de maan.

NASA's commerciële programma voor maanladingdiensten, of CLPS, zal onbemande landers gebruiken om NASA's eerste wetenschappelijke experimenten vanaf de maan in meer dan 50 jaar uit te voeren. Het CLPS-programma verschilt van eerdere ruimteprogramma's. In plaats van dat NASA de landers bouwt en het programma exploiteert, zullen commerciële bedrijven dit doen in een publiek-private samenwerking. NASA heeft een tiental bedrijven geïdentificeerd die als leveranciers kunnen dienen voor landers die naar de maan gaan.

NASA koopt ruimte op deze landers zodat wetenschappelijke ladingen naar de maan kunnen vliegen, en de bedrijven ontwerpen, bouwen en verzekeren de landers, en sluiten contracten af ​​met raketbedrijven voor de lanceringen. Anders dan in het verleden is NASA een van de klanten en niet de enige bestuurder.

CLPS wordt gelanceerd

De eerste twee CLPS-ladingen zullen naar verwachting in de eerste twee maanden van 2024 worden gelanceerd. Er is de Astrobotics-lading, die op 8 januari werd gelanceerd voordat er een brandstofprobleem ontstond waardoor de reis naar de maan werd afgebroken. Vervolgens is er de payload Intuitive Machines, met een lancering gepland voor midden februari. NASA heeft ook een paar extra landingen gepland – ongeveer twee of drie per jaar – voor de komende jaren.

Ik ben radioastronoom en mede-onderzoeker van het ROLSES-programma van NASA, ook wel bekend als radiogolfobservaties aan het maanoppervlak van de foto-elektronenschede. ROLSES is gebouwd door het NASA Goddard Space Flight Center en wordt geleid door Natchimuthuk Gopalswamy.

Het ROLSES-instrument wordt in februari samen met Intuitive Machines gelanceerd. Tussen ROLSES en een andere missie die over twee jaar aan de andere kant van de maan gepland staat, LuSEE-Night, zullen onze teams tegen 2026 de eerste twee radiotelescopen van NASA op de maan laten landen.

Radiotelescopen op de maan

De maan, vooral de andere kant van de maan, is een ideale plek om aan radioastronomie te doen en signalen van buitenaardse objecten zoals de zon en het Melkwegstelsel te bestuderen. Op aarde vervormt en absorbeert de ionosfeer, die het magnetische veld van de aarde bevat, radiosignalen onder de FM-band. Deze signalen kunnen vervormd raken of zelfs niet eens het aardoppervlak bereiken.

Op aarde zijn er ook tv-signalen, satellietuitzendingen en defensieradarsystemen die lawaai maken. Om waarnemingen met een hogere gevoeligheid te doen, moet je de ruimte in, weg van de aarde.

De maan is wat wetenschappers getijde-opgesloten noemen. De ene kant van de maan is altijd naar de aarde gericht – de ‘man in de maan’-kant – en de andere kant, de andere kant, is altijd van de aarde af gericht. De maan heeft geen ionosfeer, en met ongeveer 3.000 kilometer rots tussen de aarde en de andere kant van de maan is er geen sprake van interferentie. Het is radiostil.

Voor onze eerste missie met ROLSES, die in februari 2024 van start gaat, zullen we gegevens verzamelen over de omgevingsomstandigheden op de maan nabij de zuidpool. Op het oppervlak van de maan raakt de zonnewind rechtstreeks het maanoppervlak en creëert een geladen gas, een zogenaamde plasma. Elektronen stijgen op van het negatief geladen oppervlak en vormen een sterk geïoniseerd gas.

Op aarde gebeurt dit niet omdat het magnetische veld de zonnewind afbuigt. Maar er is geen mondiaal magnetisch veld op de maan. Met een laagfrequente radiotelescoop zoals ROLSES kunnen we dat plasma voor het eerst meten, wat wetenschappers zou kunnen helpen erachter te komen hoe ze astronauten veilig kunnen houden op de maan.

Als astronauten op het maanoppervlak rondlopen, pikken ze verschillende ladingen op. Het is alsof je met je sokken aan over het tapijt loopt:als je naar een deurknop reikt, kan er een vonk uit je vinger komen. Eenzelfde soort ontlading vindt plaats op de maan door het geladen gas, maar is potentieel schadelijker voor astronauten.

Radio-emissies van zonne-energie en exoplaneten

Ons team gaat ROLSES ook gebruiken om naar de zon te kijken. Het oppervlak van de zon geeft schokgolven vrij die zeer energetische deeltjes en lage radiofrequentie-emissies uitzenden. We zullen de radiotelescopen gebruiken om deze emissies te meten en om uitbarstingen van laagfrequente radiogolven te zien die afkomstig zijn van schokgolven in de zonnewind.

We gaan de aarde ook onderzoeken vanaf het oppervlak van de maan en gebruiken dat proces als sjabloon voor het kijken naar radio-emissies van exoplaneten die mogelijk leven herbergen in andere sterrenstelsels.

Magnetische velden zijn belangrijk voor het leven omdat ze het oppervlak van de planeet beschermen tegen de zonne-/stellaire wind.

In de toekomst hoopt ons team gespecialiseerde antennereeksen aan de andere kant van de maan te gebruiken om nabijgelegen sterrenstelsels te observeren waarvan bekend is dat ze exoplaneten bevatten. Als we dezelfde soort radio-emissies detecteren die van de aarde komen, zal dit ons vertellen dat de planeet een magnetisch veld heeft. En we kunnen de sterkte van het magnetische veld meten om erachter te komen of het sterk genoeg is om leven te beschermen.

Kosmologie op de maan

Het Lunar Surface Electromagnetic Experiment at Night, of LuSEE-Night, zal begin 2026 naar de andere kant van de maan vliegen. LuSEE-Night markeert de eerste poging van wetenschappers om kosmologie op de maan te doen.

LuSEE-Night is een nieuwe samenwerking tussen NASA en het ministerie van Energie. Gegevens worden teruggestuurd naar de aarde met behulp van een communicatiesatelliet in een baan om de maan, Lunar Pathfinder, die wordt gefinancierd door de European Space Agency.

Omdat de andere kant van de maan uniek radiostil is, is dit de beste plek om kosmologische waarnemingen te doen. Tijdens de twee weken durende maannacht die elke veertien dagen plaatsvindt, komt er geen emissie van de zon en is er geen ionosfeer.

We hopen een onontgonnen deel van het vroege heelal, de donkere middeleeuwen, te bestuderen. De donkere middeleeuwen verwijzen naar vóór en net na de vorming van de allereerste sterren en sterrenstelsels in het universum, wat verder gaat dan wat de James Webb Ruimtetelescoop kan bestuderen.

Tijdens de donkere middeleeuwen was het universum minder dan 100 miljoen jaar oud; vandaag is het universum 13,7 miljard jaar oud. Het heelal zat tijdens de donkere middeleeuwen vol met waterstof. Die waterstof straalt met lage radiofrequenties door het universum, en wanneer nieuwe sterren aangaan, ioniseren ze de waterstof, waardoor een radiosignatuur in het spectrum ontstaat. Ons team hoopt dat signaal te meten en te leren hoe de vroegste sterren en sterrenstelsels in het heelal zijn ontstaan.

Er is ook veel potentiële nieuwe natuurkunde die we kunnen bestuderen in dit laatste onontdekte kosmologische tijdperk in het universum. We zullen de aard van donkere materie en vroege donkere energie onderzoeken en onze fundamentele modellen van natuurkunde en kosmologie testen in een onontgonnen tijdperk.

Dat proces gaat in 2026 van start met de LuSEE-Night-missie, die zowel een fundamenteel natuurkundig experiment als een kosmologisch experiment is.

Aangeboden door The Conversation

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.