Впервые с 1972 года НАСА проведет научные эксперименты на Луне в 2024 году. И благодаря новым технологиям и государственно-частному партнерству эти проекты откроют новые сферы научных возможностей. В рамках нескольких проектов, запускаемых в этом году, группы ученых, включая меня, будут проводить радиоастрономические исследования с южного полюса и обратной стороны Луны. Коммерческая программа НАСА по обслуживанию лунной полезной нагрузки, или CLPS, будет использовать беспилотные спускаемые аппараты для проведения первых научных экспериментов НАСА с Луны за более чем 50 лет. Программа CLPS отличается от прошлых космических программ. Вместо того, чтобы НАСА строило спускаемые аппараты и управляло программой, коммерческие компании будут делать это в рамках государственно-частного партнерства. НАСА определило около дюжины компаний, которые будут поставщиками посадочных модулей, которые отправятся на Луну.
НАСА покупает место на этих посадочных модулях для размещения научной полезной нагрузки для полетов на Луну, а компании проектируют, строят и страхуют посадочные модули, а также заключают контракты с ракетными компаниями на запуски. В отличие от прошлого, НАСА является одним из клиентов, а не единственным драйвером. Первые две полезные нагрузки CLPS планируется запустить в течение первых двух месяцев 2024 года. Есть полезная нагрузка Astrobotics, которая была запущена 8 января, прежде чем у нее возникла проблема с топливом, которая прервала ее путешествие на Луну. Далее идет полезная нагрузка Intuitive Machines, запуск которой запланирован на середину февраля. НАСА также запланировало несколько дополнительных посадок — примерно две или три в год — на каждый из следующих нескольких лет. Я радиоастроном и соавтор программы НАСА ROLSES, также известной как «Радиоволновые наблюдения на лунной поверхности фотоэлектронной оболочки». ROLSES был построен Центром космических полетов имени Годдарда НАСА и возглавляется Натчимутуком Гопалсвами.
Инструмент ROLSES будет запущен вместе с Intuitive Machines в феврале. Между ROLSES и еще одной миссией LuSEE-Night, запланированной на обратную сторону Луны через два года, наши команды доставят на Луну первые два радиотелескопа НАСА к 2026 году. Луна, особенно обратная сторона Луны, является идеальным местом для занятий радиоастрономией и изучением сигналов от внеземных объектов, таких как Солнце и галактика Млечный Путь. На Земле ионосфера, содержащая магнитное поле Земли, искажает и поглощает радиосигналы ниже диапазона FM. Эти сигналы могут быть зашифрованы или даже не дойти до поверхности Земли. На Земле также шумят телевизионные сигналы, спутниковое вещание и оборонные радиолокационные системы. Чтобы проводить наблюдения с более высокой чувствительностью, вам придется отправиться в космос, подальше от Земли. Луна — это то, что ученые называют приливно-запертой. Одна сторона Луны всегда обращена к Земле — сторона «человека на Луне», а другая сторона, дальняя сторона, всегда обращена от Земли. На Луне нет ионосферы, а расстояние между Землей и обратной стороной Луны составляет около 2000 миль, поэтому помех нет.
В рамках нашей первой миссии ROLSES, которая стартует в феврале 2024 года, мы будем собирать данные об условиях окружающей среды на Луне вблизи ее южного полюса. На поверхности Луны солнечный ветер напрямую ударяется о лунную поверхность и создает заряженный газ, называемый плазмой. Электроны отрываются от отрицательно заряженной поверхности, образуя сильно ионизированный газ. На Земле этого не происходит, потому что магнитное поле отклоняет солнечный ветер. Но на Луне нет глобального магнитного поля. С помощью низкочастотного радиотелескопа, такого как ROLSES, мы впервые сможем измерить эту плазму, что может помочь ученым понять, как обеспечить безопасность астронавтов на Луне. Когда астронавты гуляют по поверхности Луны, они подхватывают разные заряды. Это все равно что идти по ковру в носках: когда вы тянетесь к дверной ручке, из вашего пальца может вылететь искра. Такой же разряд происходит на Луне из заряженного газа, но он потенциально более вреден для астронавтов.
Наша команда также собирается использовать ROLSES для наблюдения за солнцем. Поверхность Солнца испускает ударные волны, которые испускают высокоэнергетические частицы и низкочастотные радиоизлучения. Мы будем использовать радиотелескопы для измерения этих излучений и наблюдения всплесков низкочастотных радиоволн от ударных волн солнечного ветра. Мы также собираемся исследовать Землю с поверхности Луны и использовать этот процесс в качестве шаблона для изучения радиоизлучения экзопланет, которые могут содержать жизнь в других звездных системах. Магнитные поля важны для жизни, поскольку они защищают поверхность планеты от солнечного/звездного ветра. В будущем наша команда надеется использовать специализированные антенные решетки на обратной стороне Луны для наблюдения за близлежащими звездными системами, в которых, как известно, есть экзопланеты. Если мы обнаружим такое же радиоизлучение, которое исходит от Земли, это скажет нам, что у планеты есть магнитное поле. И мы можем измерить силу магнитного поля, чтобы выяснить, достаточно ли оно, чтобы защитить жизнь.
Электромагнитный эксперимент на поверхности Луны в ночное время, или LuSEE-Night, пролетит в начале 2026 года на обратную сторону Луны. LuSEE-Night знаменует собой первую попытку ученых заняться космологией на Луне. LuSEE-Night — это новый результат сотрудничества НАСА и Министерства энергетики. Данные будут отправлены обратно на Землю с помощью спутника связи на лунной орбите Lunar Pathfinder, который финансируется Европейским космическим агентством. Поскольку обратная сторона Луны уникально радиотиха, это лучшее место для проведения космологических наблюдений. В течение двух недель лунной ночи, которая случается каждые 14 дней, от Солнца не исходит никаких излучений, а также нет ионосферы. Мы надеемся изучить неизведанную часть ранней Вселенной, называемую темными веками. Темные века относятся к периоду до и сразу после образования самых первых звезд и галактик во Вселенной, что находится за пределами того, что может изучить космический телескоп Джеймса Уэбба.
В темные века Вселенной было меньше 100 миллионов лет, а сегодня ей 13,7 миллиардов лет. В темные века Вселенная была полна водорода. Этот водород излучается во Вселенной на низких радиочастотах, и когда загораются новые звезды, они ионизируют водород, создавая радиосигнал в спектре. Наша команда надеется измерить этот сигнал и узнать, как формировались самые ранние звезды и галактики во Вселенной. Существует также много потенциально новой физики, которую мы можем изучить в эту последнюю неизведанную космологическую эпоху во Вселенной. Мы будем исследовать природу темной материи и ранней темной энергии и протестировать наши фундаментальные модели физики и космологии в неизведанную эпоху. Этот процесс начнется в 2026 году с миссии LuSEE-Night, которая является одновременно фундаментальным физическим и космологическим экспериментом.
