Die andere Seite des Mondes könnte einen sehr tiefen Einblick in das Universum bieten

Da die NASA-Mission Artemis 1 diesen Monat zum Mond startet, wirft Space.com einen Blick darauf, was wir über den Mond wissen und warum er uns interessiert. Seien Sie bei unserem Sonderbericht zur Mondwoche im Countdown bis Artemis 1 dabei.

Das wissenschaftliche Potenzial zukünftiger Mondmissionen reicht weit über den Mond hinaus.

Ein neues Radioteleskop auf der anderen Seite des Mondes könnte von der neuen Artemis-Ära der NASA zur Monderkundung profitieren, sagen Wissenschaftler, die hoffen, eines Tages mit einem solchen Teleskop möglicherweise tiefer in das Universum vordringen zu können als mit dem gerade in Betrieb genommenen James-Webb-Weltraumteleskop dürfen.

„Das Argument für die Platzierung eines Radioteleskops auf der anderen Seite des Mondes besteht darin, niedrigere Radiofrequenzen zu untersuchen, die sonst durch menschliche Funkübertragungen auf der Erde stark verschmutzt werden“, sagte Steven Kahn, Physiker an der Stanford University in Kalifornien, gegenüber Space.com .

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Kahn leitete eines der Panels der jüngsten dekadischen Umfrage zu Astronomie und Astrophysik (Pathways to Discovery in Astronomy and Astrophysics for the 2020s) mit Schwerpunkt auf elektromagnetischen Beobachtungen aus dem Weltraum. Ein Vorschlag für ein Mondteleskop namens FARSIDE unter der Leitung von Jack Burns von der University of Colorado, Boulder, wurde als potenzielle Mission der „Sondenklasse“ mit Kosten von 1 bis 2 Milliarden US-Dollar eingereicht. Burns arbeitet seit den 1980er Jahren an einem Plan für ein Radioteleskop auf dem Mond, aber letztendlich wurde FARSIDE von der dekadischen Umfrage nicht für eine Empfehlung ausgewählt.

Derzeit wird jedoch ein brandneues Konzept namens Lunar Crater Radio Telescope evaluiert, das von Saptarshi Bandyopadhyay vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Kalifornien geleitet wird.

„Wir wollen ein Radioteleskop mit 350 Metern Durchmesser in einem 1,3 Kilometer breiten Krater auf der anderen Seite des Mondes bauen“, sagte Bandyopadhyay, ein Robotik-Technologe, gegenüber Space.com. (Das wäre eine 1.150 Fuß breite Schüssel in einem 0,8 Meilen großen Krater.)

Der ursprüngliche Plan sah ein noch größeres Teleskop mit einer Größe von 0,6 Meilen (1 km) vor, aber die schiere Größe dieses Instruments erwies sich aufgrund der Gesamtmasse, die von der Erde aus gestartet werden müsste, als nicht realisierbar. Glücklicherweise „wurde uns bei der Betrachtung der wissenschaftlichen Erkenntnisse klar, dass ein Durchmesser von 350 Metern ausreichen würde, um uns die gewünschten wissenschaftlichen Erkenntnisse zu liefern“, sagte Bandyopadhyay.

Diese Wissenschaft beinhaltet einen Blick zurück in eine ferne Ära, die als Epoche der Reionisierung bekannt ist. Kurz nach dem Urknall gab es keine Sterne und Galaxien, nur einen riesigen Nebel aus neutralem Wasserstoff. Diese Zeit wurde als „kosmisches dunkles Zeitalter“ bezeichnet. Schließlich begann der Wasserstoff zu Sternen und Galaxien zu verschmelzen, wodurch das Universum erleuchtet und der neutrale Wasserstoff ionisiert wurde. Es ist diese frühe Ära, die das Lunar Crater Radio Telescope zu sehen hofft.

Normalerweise sendet neutraler Wasserstoff Radiowellen mit einer Wellenlänge von 8,3 Zoll (21 Zentimeter) aus, aber die kosmische Expansion wird die Wellenlänge der von Wasserstoff im Mittelalter ausgesendeten Radiowellen auf extrem lange Wellenlängen von mehreren zehn Metern verlängert haben.

Der Nachweis dieses langwelligen Lichts auf der Erde ist schwierig, teils weil die Ionosphäre (der obere Bereich unserer Atmosphäre) Licht dieser Wellenlängen zurück in den Weltraum reflektieren kann, teils weil terrestrische Funkstörungen es verdecken können. Die Lösung wäre, ein riesiges Radioteleskop auf der anderen Seite des Mondes zu bauen, wo es keine Ionosphäre gibt und wo der Mond selbst das Teleskop vor Störungen durch die Erde schützen kann.

„In der jüngsten dekadischen Umfrage zur Astrophysik wurde von der Notwendigkeit gesprochen, zu verstehen, wie das dunkle Zeitalter aussah, und dass für diese Art von Arbeit eine globale Einzelempfängermessung erforderlich ist“, sagte Bandyopadhyay. „Genau das schlagen wir vor.“

Bandyopadhyays Plan besteht darin, ein Raumschiff zu einem geeigneten Krater auf der Mondrückseite zu schicken. Das Raumschiff würde im Krater landen und dann mehrere Kabel mit Ankern in den Kraterrand abfeuern, wo die Anker sicher in den Mondregolith eindringen würden. Die Kabel würden sich dann festziehen und so ein Gerüst für die Radioschüssel aus Drahtgeflecht bilden, die wie Origami in den Lander gefaltet und geöffnet würde, wenn die Kabel gestrafft würden. Eine Speiseantenne würde über der Schüssel angebracht und ein Raumschiff über dem Kopf würde zunächst ein Leuchtfeuersignal liefern, um bei der Kalibrierung des Teleskops zu helfen, und dann als Relais für Daten und Befehle fungieren, da die Erde von der anderen Seite des Mondes aus nicht zu sehen ist, da sie so verborgen ist hinter dem Körper des Mondes.

Zumindest ist das der Plan. Das Lunar Crater Radio Telescope befindet sich derzeit in Phase II des Entwicklungsprogramms Innovative Advanced Concepts (NIAC) der NASA, im Rahmen dessen es 500.000 US-Dollar an Fördermitteln für die Entwicklung der erforderlichen Technologie erhalten hat. Aber das ist weit entfernt von dem Milliardenbudget, das nötig wäre, um die Teleskopmission zum Erfolg zu führen.

Aufgrund des hohen Preises benötigt das Teleskop die starke Unterstützung der wissenschaftlichen Gemeinschaft, um in der nächsten zehnjährigen Umfrage eine Empfehlung zu erhalten.

„Was wir jetzt tun müssen, ist ein sehr starkes Argument dafür, warum dies getan werden sollte“, sagte Bandyopadhyay. „Wenn also die nächste zehnjährige Umfrage ansteht, haben wir hoffentlich genug Zeit und Mühe darauf verwendet, dass sie die Mission empfehlen.“

Die gleichen Probleme, die sich gegen FARSIDE auswirkten, könnten jedoch auch gegen das Mondkrater-Radioteleskop wirken, insbesondere, dass es zwar wichtige wissenschaftliche Erkenntnisse liefern wird, aber auch zu Nischenobjekte ist, sagte Kahn.

„Angesichts seines begrenzten Fokus wird es schwierig sein, diesem Thema Priorität einzuräumen und es [in der nächsten zehnjährigen Umfrage im Jahr 2030] auf Platz eins zu bringen“, sagte er.

Es könnte jedoch eine andere Option geben, schlug Kahn vor (der nicht direkt an dem Projekt beteiligt ist), da sie mit dem Wunsch der NASA übereinstimmt, mehr Erkundungen auf dem Mond durchzuführen. „Es gibt programmatische Gründe, häufigere Flüge zum Mond durchführen zu wollen, und daher besteht die Hoffnung, daraus Kapital zu schlagen“, sagte er.

Dieser Ansatz ist im CLPS-Programm (Commercial Lunar Payloads Services) der NASA verankert, bei dem in den nächsten drei Jahren mehr als 50 kleine wissenschaftliche Nutzlasten von privaten Auftragnehmern zum Mond gebracht werden. Drei dieser Nutzlasten werden im Jahr 2025 mit einem vom Massachusetts Institute of Technology gebauten Mondlandegerät zum 194 Meilen (312 km) breiten Schrödinger-Krater fliegen, einem Einschlagbecken auf der anderen Seite des Mondes in der Nähe des Mondsüdpols. ansässiges Luft- und Raumfahrtunternehmen Draper.

„Aus wissenschaftlicher Sicht ist die Rückseite des Mondes einer der wichtigsten Orte, von denen wir Informationen erhalten wollen“, sagte Debra Needham, Planetenwissenschaftlerin am Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, gegenüber Space.com.

Schrödinger ist ein interessantes Ziel und gilt als das zweitjüngste Einschlagbecken auf dem Mond. Die drei Nutzlasten mit den Namen Farside Seismic Suite (FSS), Lunar Interior Temperature and Materials Suite (LITMS) und Lunar Surface ElectroMagnetics Experiment (LuSEE) werden den Zusammenhang zwischen der Entstehung und Größe des Kraters sowie dem untersuchen innere Struktur des Mondes.

„Der Einschlag, der Schrödinger bildete, war so groß, dass wir annehmen, dass er vollständig durch die obere Kruste des Mondes und in den Mantel eingedrungen ist“, sagte Needham. „Das zu erforschen wird wirklich wichtig sein, um uns zu helfen, die chemische Zusammensetzung des Mondes zu verstehen, herauszufinden, woraus der Mond innen und außen besteht und wie uns das dabei hilft, zu verstehen, wie der Mond entstanden ist und wie er sich von seinen heißesten, frühesten Tagen abgekühlt hat.“ Es war vulkanisch aktiv und ein viel dynamischerer Ort als heute.

Die Seismometer werden beispielsweise auf Mondbeben achten, die durch Meteoriteneinschläge oder durch die Belastung des Mondinneren durch von der Erde ausgehende Gravitationswellen verursacht werden. Während die seismischen Erschütterungen das Innere des Mondes durchdringen, kann das vom FSS erfasste Signal den Wissenschaftlern Aufschluss über die Struktur, Zusammensetzung und Dichte des Mondinneren geben.

Mittlerweile ist das LITMS-Experiment mit einer Wärmeflusssonde ausgestattet, mit der es die Innentemperatur des Mondes messen kann, um weitere Details über das Mondinnere zu erhalten.

„Die Wärmesondenmessungen während Apollo wurden in einer anonym heißen Region des Mondes durchgeführt“, sagte Needham. „Auf der gegenüberliegenden Seite gibt es eine chemische Anomalie, die Wärme abgibt, sodass wir mit LITMS zum ersten Mal Messungen außerhalb dieses Bereichs durchführen können.“

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Das letzte Experiment, LuSEE, wird Staub in der Exosphäre des Mondes untersuchen, bei dem es sich um die dünne Gas- und Staubschicht handelt, die dicht an der Oberfläche haftet und durch Mikrometeoriteneinschläge und elektrostatische Kräfte vom Boden weggeschleudert wird.

Zusammen könnte dieses Trio kleiner Roboterexperimente den Weg für die weitere Erforschung der anderen Seite ebnen. Eine solche Erkundung würde in die Fußstapfen (oder sollten es Radspuren sein?) des chinesischen Rovers Yutu 2 treten, der am 3. Januar 2019 als erstes Raumschiff auf der anderen Seite landete, in einem Krater namens Von Kármán.

Die NASA-Mission Artemis 1 zum Mond wird am Montag (29. August) während eines zweistündigen Zeitfensters starten, das um 8:33 Uhr EDT (1233 GMT) öffnet. Sie können die Live-Berichterstattung über den Start mit freundlicher Genehmigung der NASA verfolgen und die Live-Updates von Space.com zur Mission verfolgen.

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Keith Cooper ist ein freiberuflicher Wissenschaftsjournalist und Redakteur im Vereinigten Königreich und hat einen Abschluss in Physik und Astrophysik von der University of Manchester. Er ist der Autor von „The Contact Paradox: Challenging Our Assumptions in the Search for Extraterrestrial Intelligence“ (Bloomsbury Sigma, 2020) und hat Artikel über Astronomie, Weltraum, Physik und Astrobiologie für eine Vielzahl von Magazinen und Websites geschrieben.

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