A construção de telescópios na Lua pode transformar a astronomia, e isso está se tornando um objetivo alcançável.

A exploração lunar está passando por um renascimento. Dezenas de missões , organizadas por várias agências espaciais – e cada vez mais por empresas comerciais – devem visitar a Lua até o final desta década. A maioria deles envolverá pequenas espaçonaves robóticas, mas o ambicioso programa Artemis da NASA visa devolver os humanos à superfície lunar até meados da década.

As razões para toda essa atividade são várias, incluindo posturas geopolíticas e a busca por recursos lunares, como água-gelo nos polos lunares , que podem ser extraídos e transformados em propelente de hidrogênio e oxigênio para foguetes. No entanto, a ciência também certamente será uma grande beneficiária.

A Lua ainda tem muito a nos dizer sobre a origem e evolução do sistema solar. Também tem valor científico como plataforma para astronomia observacional.

O papel potencial para a astronomia do satélite natural da Terra foi discutido em uma reunião da Royal Society no início deste ano. A reunião em si foi, em parte, desencadeada pelo acesso aprimorado à superfície lunar agora em perspectiva.

Benefícios do lado oposto

Vários tipos de astronomia se beneficiariam. A mais óbvia é a radioastronomia, que pode ser conduzida do lado da Lua que está sempre voltado para longe da Terra – o lado oculto.

O lado oculto lunar é permanentemente protegido dos sinais de rádio gerados por humanos na Terra. Durante a noite lunar, também é protegido do sol. Essas características o tornam provavelmente o local mais “radio-silencioso” em todo o sistema solar, já que nenhum outro planeta ou lua tem um lado que está permanentemente voltado para longe da Terra. Portanto, é ideal para radioastronomia.

As ondas de rádio são uma forma de energia eletromagnética – como são, por exemplo, as ondas infravermelhas, ultravioletas e de luz visível. Eles são definidos por terem diferentes comprimentos de onda no espectro eletromagnético.

As ondas de rádio com comprimentos de onda superiores a cerca de 15m são bloqueadas pela ionosfera da Terra . Mas as ondas de rádio nesses comprimentos de onda atingem a superfície da Lua sem impedimentos. Para a astronomia, esta é a última região inexplorada do espectro eletromagnético e é melhor estudada do lado oculto da lua.

Observações do cosmos nesses comprimentos de onda estão sob a égide da “radioastronomia de baixa frequência”. Esses comprimentos de onda são capazes de sondar a estrutura do início do universo, especialmente a “ idade das trevas ” cósmica – uma era antes da formação das primeiras galáxias.

Naquela época, a maior parte da matéria do universo, excluindo a misteriosa matéria escura , estava na forma de átomos neutros de hidrogênio. Estes emitem e absorvem radiação com um comprimento de onda característico de 21cm. Os radioastrônomos têm usado essa propriedade para estudar nuvens de hidrogênio em nossa própria galáxia – a Via Láctea – desde a década de 1950.

Como o universo está em constante expansão, o sinal de 21 cm gerado pelo hidrogênio no início do universo foi deslocado para comprimentos de onda muito maiores. Como resultado, o hidrogênio da “idade das trevas” cósmica aparecerá para nós com comprimentos de onda superiores a 10m. O lado oculto lunar pode ser o único lugar onde podemos estudar isso.

O astrônomo Jack Burns forneceu um bom resumo dos antecedentes científicos relevantes na recente reunião da Royal Society, chamando o outro lado da lua de “plataforma intocada e silenciosa para conduzir observações de baixa frequência de rádio do início da Idade das Trevas do Universo, bem como espaço clima e magnetosferas associadas a exoplanetas habitáveis”.

Sinais de outras estrelas

Como diz Burns, outra aplicação potencial da radioastronomia do lado distante é tentar detectar ondas de rádio de partículas carregadas presas por campos magnéticos – magnetosferas – de planetas que orbitam outras estrelas.

Isso ajudaria a avaliar a capacidade desses exoplanetas de hospedar vida. As ondas de rádio das magnetosferas de exoplanetas provavelmente teriam comprimentos de onda superiores a 100 m, portanto, exigiriam um ambiente silencioso no espaço. Novamente, o outro lado da Lua será a melhor localização.

Um argumento semelhante pode ser feito para tentativas de detectar sinais de alienígenas inteligentes . E, abrindo uma parte inexplorada do espectro radioelétrico, há também a possibilidade de fazer descobertas fortuitas de novos fenômenos.

Devemos obter uma indicação do potencial dessas observações quando a missão LuSEE-Night da NASA pousar no lado oculto da Lua em 2025 ou 2026.

Profundidades da cratera

A Lua também oferece oportunidades para outros tipos de astronomia. Os astrônomos têm muita experiência com telescópios ópticos e infravermelhos operando no espaço livre, como o telescópio Hubble e o JWST . No entanto, a estabilidade da superfície lunar pode conferir vantagens para esses tipos de instrumentos.

Além disso, existem crateras nos pólos lunares que não recebem luz solar. Telescópios que observam o universo em comprimentos de onda infravermelhos são muito sensíveis ao calor e, portanto, precisam operar em baixas temperaturas. O JWST, por exemplo, precisa de um enorme protetor solar para protegê-lo dos raios solares. Na Lua, uma borda de cratera natural poderia fornecer essa proteção gratuitamente.

A baixa gravidade da Lua também pode permitir a construção de telescópios muito maiores do que os satélites de voo livre. Essas considerações levaram o astrônomo Jean-Pierre Maillard a sugerir que a Lua pode ser o futuro da astronomia infravermelha .

O ambiente frio e estável de crateras permanentemente sombreadas também pode trazer vantagens para a próxima geração de instrumentos para detectar ondas gravitacionais – “ondulações” no espaço-tempo causadas por processos como explosão de estrelas e colisão de buracos negros.

Além disso, por bilhões de anos a Lua foi bombardeada por partículas carregadas do sol – vento solar – e raios cósmicos galácticos. A superfície lunar pode conter um rico registro desses processos . Estudá-los pode fornecer informações sobre a evolução do Sol e da Via Láctea.

Por todas essas razões, a astronomia deve se beneficiar do atual renascimento da exploração lunar. Em particular, a astronomia provavelmente se beneficiará da infraestrutura construída na Lua à medida que a exploração lunar avança. Isso incluirá infraestrutura de transporte – foguetes, veículos de pouso e outros veículos – para acessar a superfície, bem como humanos e robôs no local para construir e manter instrumentos astronômicos.

Mas também há uma tensão aqui: as atividades humanas no lado oculto da lua podem criar interferência de rádio indesejada, e os planos para extrair gelo de água de crateras sombreadas podem dificultar o uso dessas mesmas crateras para astronomia. Como meus colegas e eu argumentamos recentemente , precisaremos garantir que os locais lunares que são valiosos para a astronomia sejam protegidos nesta nova era de exploração lunar.

Ian Crawford , Professor de Ciência Planetária e Astrobiologia, Birkbeck, Universidade de Londres, Professor Associado Honorário, UCL

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons.

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