Building telescopes on the moon could change the face of astronomy - and it is becoming an achievable goal

The moon still has much to tell us about the origin and development of the solar system. It also has scientific value as a platform for observational astronomy

By Ian Crawford, Professor of Planetary Sciences and Astrobiology, Birkbeck, University of London, Honorary Associate Professor, UCL

Lunar exploration is undergoing a renaissance. Dozens of tasks, המאורגנות על ידי סוכנויות חלל רבות – ויותר ויותר גם על ידי חברות מסחריות – מתוכננות להגיע לירח עד סוף העשור הנוכחי. רובן יכללו חלליות רובוטיות קטנות, אך תוכנית ארטמיס השאפתנית של נאס"א שואפת להחזיר בני אדם אל פני הירח עד אמצע העשור וגם לסינים יש תוכנית שאפתנית דומה.

There are various reasons for all this activity, including geopolitical competitions and the search for lunar resources, such as Water-ice at the lunar poles, which can be extracted and turned into hydrogen and oxygen fuel for rockets. However, science should be the main beneficiary.

To the moon There is still much to tell us On the origin and development of the solar system. It also has scientific value as a platform for observational astronomy.

The potential role of the Earth's natural satellite as a platform for placing telescopes is discussed At a meeting of the Royal Society earlier this year. The meeting itself took place, in part, thanks to the improved lunar approach now expected.

Side benefits are far

Some areas of astronomy will benefit. The most prominent field is radio astronomy, which can be performed from the side of the Moon that always faces away from Earth.

The far side of the moon is permanently shielded from the radio signals generated by humans on Earth, and during the lunar night it is also shielded from the sun. These characteristics make it probable למקום ה"שקט ביותר ברדיו" בכל מערכת השמש, for no other planet or moon has a side which is permanently hidden from the earth. It is therefore ideally suited for radio astronomy.

Radio waves are a type of electromagnetic energy - like, for example, infrared waves, ultraviolet and visible light. All these types of radiation are defined by different wavelengths in the electromagnetic spectrum.

Radio waves whose wavelengths are longer than about 15 meters are blocked by the ionosphere of the earth. But radio waves at these wavelengths reach the surface of the moon without interference. For astronomers, this is the last unexplored region of the electromagnetic spectrum, and it can best be explored from the far side of the Moon.

תצפיות על היקום באורכי גל אלה נכנסות תחת המטריה של "אסטרונומיית רדיו בתדר נמוך". אורכי גל אלה מסוגלים באופן ייחודי לחקור את מבנה היקום המוקדם, במיוחד את "The Middle Ages" הקוסמיים – עידן שהתרחש לפני היווצרות הגלקסיות הראשונות.

At that age most of the matter in the universe, except the dark matter המסתורי, היה בצורה של אטומי מימן ניטרליים. אטומים אלה פולטים ובולעים קרינה באורך גל אופייני של 21 ס"מ. אסטרונומים בתחום הרדיו משתמשים בתכונה זו כדי לחקור ענני מימן בגלקסיה שלנו – שביל החלב – מאז שנות החמישים.

מכיוון שהיקום מתפשט כל הזמן, האות באורך גל 21 ס"מ שנוצר על ידי מימן ביקום המוקדם הוסט לאורכי גל ארוכים בהרבה. כתוצאה מכך, מימן מ"ימי הביניים" הקוסמיים יופיע בפנינו באורכי גל גדולים מ-10 מטר. הצד הרחוק של הירח עשוי להיות המקום היחיד שבו אנו יכולים לחקור זאת.

האסטרונום ג'ק ברנס סיפק סיכום טוב של The scientific background הרלוונטי בפגישה האחרונה של החברה המלכותית, וכינה את הצד הרחוק של הירח "פלטפורמה בתולית ושקטה לביצוע תצפיות בתדרי רדיו נמוכים של ימי הביניים החשוכים של היקום המוקדם, כמו גם מזג אוויר בחלל ומגנטוספירות הקשורות לכוכבי לכת מחוץ למערכת השמש הניתנים ליישוב".

Signals from other stars

As Burns says, another potential application of radio astronomy on the far side is trying to detect radio waves from charged particles trapped in magnetic fields - Magnetospheres – of planets orbiting other stars.

This will help assess how capable these planets are of hosting life. Radio waves from the magnetospheres of extrasolar planets will likely have wavelengths greater than 100 meters, so they will need a radio quiet environment in space. Again, the far side of the moon would be the best location.

A similar argument can be made regarding Attempts to detect signals from intelligent aliens. And by opening up an unexplored part of the radio spectrum, there is also the possibility of making random discoveries of new phenomena.

We should get an indication of the potential of these observations when משימת LuSEE-Night של נאס"א It will land on the far side of the moon in 2025 or 2026.

The depth of the crater

The Moon also offers opportunities for other types of astronomy. Astronomers have extensive experience with optical and infrared telescopes operating in free space, such as Hubble telescope ו– Web. However, the stability of the lunar surface may provide advantages for such devices.

Furthermore, there are Makhteshim בקטבים הירחיים שאינם מקבלים אור שמש. טלסקופים הצופים ביקום באורכי גל אינפרא אדום רגישים מאוד לחום ולכן צריכים לפעול בטמפרטורות נמוכות. ג'יימס ווב , למשל, זקוק למגן שמש ענק שמגן עליו מפני קרני השמש. על הירח, שפת מכתש טבעית יכולה לספק את המיגון הזה בחינם.

The moon's low gravity may also allow it Building much larger telescopes ממה שאפשרי בלוויינים. שיקולים אלה הובילו את האסטרונום ז'אן-פייר מילאר להציע כי הירח עשוי להיות The future of infrared astronomy.

The cold and stable environment of permanently shadowed craters may also have advantages for the next generation of detection instruments Gravitational waves – "אדוות" במרחב-זמן הנגרמות על ידי תהליכים כגון כוכבים מתפוצצים וחורים שחורים מתנגשים.

Furthermore, for billions of years the Moon has been bombarded by charged particles from the Sun - the solar wind - and galactic cosmic rays. The lunar surface may contain Rich documentation of these processes. Their investigation may yield insights into the evolution of the Sun and the Milky Way.

For all these reasons, astronomy stands to benefit from the current renaissance in lunar exploration. In particular, astronomy may benefit from the infrastructure that will be built on the moon as lunar exploration progresses. This will include both transportation infrastructure – rockets, landers and other vehicles – to access the surface, as well as humans and robots on site to build and maintain astronomical instruments.

But there's also tension here: Human activity on the far side of the moon could create unwanted radio interference, and plans to extract water ice from shadowy craters could make those craters difficult to use for astronomy. As my colleagues and I They claimed Finally, we will need to ensure that lunar sites of unique astronomical value are protected in this new era of lunar exploration.

For an article in The Conversation

More of the topic in Hayadan:

• Astronomers are pushing to build an observatory on the moon
• NASA will build a radio telescope on the moon; Will Britain also join NASA's lunar program?