Det finns många anledningar till att NASA fullföljer Artemis-uppdraget för att landa astronauter på månen till 2024:Det är ett avgörande sätt att studera månen själv och att bana en säker väg till Mars. Men det är också ett bra ställe att lära sig mer om att skydda jorden, som bara är en del av det större Sun-Earth-systemet.

Heliofysiker – forskare som studerar solen och dess inflytande på jorden – kommer också att skicka upp sina egna NASA-uppdrag som en del av Artemis. Deras mål är att bättre förstå den komplexa rymdmiljön som omger vår planet, mycket som drivs av vår sol. Ju mer vi förstår det systemet, ju mer vi kan skydda rymdtekniken, radiokommunikation, och hjälpnät från vår närmaste stjärnas vrede.

Här är fem anledningar till att heliofysiker är över månen om månens möjligheter.

1. Det är en stadig satellit

Den första fördelen med månbaserad vetenskap gäller satellitjitter, vilket skramlar rymdforskare av alla slag.

Satelliter är skakigare än du kanske tror. De är gjorda av metaller som expanderar och drar ihop sig med temperaturförändringar. De bär teleskop som ständigt svänger för att hålla sig riktade mot mål. De avfyrar boosters och snurrar reaktionshjul för att hålla sig i omloppsbana. Var och en av dessa manövrar orsakar skakningar, som kan kasta av sig mätningar som kräver precision.

Men månen - jordens enda naturliga satellit - är en mycket mjukare resa.

"Månen är en trevlig stabil plats - den skakar inte eller skakar som en rymdfarkost, sa David Sibeck, en heliofysiker vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Alla som försöker göra högupplösta mätningar kommer gärna att slippa oroa sig för jitter."

En jitterfri miljö är ett plus för all rymdvetenskap, men det finns extra bonusar för heliofysiker som studerar norrskenet. Med ett genomsnitt på 238, 855 miles från jorden, månen har en fantastisk utsikt över jordens norrsken när de rör sig mot ekvatorn under stora geomagnetiska stormar. Dessutom, eftersom samma sida av månen alltid är vänd mot jorden, teleskop behöver inte justeras lika mycket. Plantera dem på dess yta, och månen håller dem pekade åt dig.

2. Prime Eclipse Viewing, På begäran

Långt före rymdåldern, forskare litade på månen för att hjälpa dem att studera solen. Patientobservatörer väntade på totala solförmörkelser, när månen blockerar solens ljusa yta. Först då kunde de se dess svaga yttre atmosfär, känd som corona.

Men väntan kan bli lång. En total solförmörkelse inträffar någonstans på jorden en gång var 18:e månad. För någon specifik plats, det är mer som en gång vart fjärde århundrade.

"Vi får fantastiska resultat av förmörkelser, sa John Cooper, en heliofysiker vid Goddard. "Men vi får dem inte varje dag."

Men ett solskådande teleskop, i rätt sorts bana runt månen, kan generera förmörkelser "på begäran." Istället för att vänta på att månen ska röra sig över ditt teleskops synfält, Cooper förklarar, du flyttar din synlinje bakom månen.

"I grund och botten använder du månens knivsegg mot det djupa mörkret, svart himmel, " sa Cooper. Eftersom månen inte har någon bildförvrängande atmosfär att titta igenom, mätningarna skulle vara ännu skarpare än de som gjordes på jorden.

Från sin omloppsbana på nära håll, ett sådant teleskop skulle inte generera totala solförmörkelser – det skulle studera en del av solens lem i taget. Men Cooper uppskattar att du kan se både östra och västra lemmar av solen en gång varje omloppsbana - två högupplösta vyer, varje dag.

3. Det är utanför jordens magnetfält

Rymdväder är en del av heliofysik där ren vetenskap får realtidsapplikation. Rymdväderforskare studerar solen – inklusive dess konstanta ström av solvind – och deras inverkan på jorden. Dessa tillämpade forskare måste få den grundläggande fysiken rätt för att hålla våra värdefulla kommunikationer och GPS-satelliter säkra. Men det kan vara svårt att avgöra om en satellit är i fara.

En satellits säkerhet beror på, till viss del, om det är inom eller utanför jordens magnetopaus. Magnetopausen är ett föränderligt ingenmansland där jordens magnetiska sköld slutar och rymdvädrets fulla börda börjar. Inuti, du är i stort sett säker. Utanför, du är inte.

Men just nu, det enda sättet att veta var den gränsen går, är att flyga genom den.

"Ibland finns det en vickning i data, och du kan se gränsen passerade dig, sade Sibeck. Ibland ser man tio vickningar.

Men det finns ett annat sätt att hitta magnetopausen om du kan komma tillräckligt långt utanför jordens magnetiska sköld. När solvinden träffar jordens atmosfär strax utanför magnetopausen, den avger röntgenstrålar. Ett korrekt placerat röntgenteleskop kunde fånga det ljuset och spåra platsen för magnetopausen.

Det är därför Sibeck är med i ett lag, ledd av rymdforskaren Brian Walsh vid Boston University, som sätter ett röntgenteleskop på månen.

"Ingen har tagit de här globala bilderna, och månen har en bra utsiktspunkt utanför jordens magnetfält, sa Sibeck.

Heliosfärisk röntgenbildapparat för månmiljön, eller LEXI uppdrag, kommer att planteras på månens yta för att ta realtid, globala bilder av magnetopausen. Den 1 juli, 2019, NASA meddelade att LEXI kommer att vara bland de första månens nyttolaster att delta i Artemis-uppdraget. De förväntar sig att vara på månens yta så snart som 2022.

LEXI är lite mer än en meter lång, men månytan kan rymma mycket större röntgenteleskop. Det är bra nyheter, eftersom röntgenstrålar är svåra att fokusera; längre teleskop får mycket högre upplösningsbilder. Kravet på att vara stor har ställt till problem; vissa satelliter är helt enkelt inte tillräckligt stora för att bära dem. "Men på månen, saker kan vara riktigt stora, sa Sibeck.

4. Du kan gräva upp solens historia

Svaret på några frågor inom heliofysik ligger begravd på månen själv.

"Månen är som en tidskapsel, sa Steve Clarke, Biträdande biträdande administratör för prospektering vid NASA. "Eftersom den bildades samtidigt som jorden, den har solsystemets historia på sin yta."

Under sina första miljarder år, solen snurrade sannolikt snabbare än den gör idag, skjuta ut en större volym av solutbrott och elektrifiera själva rymden som bildade planeterna. Men för att säkert veta hur den första miljarden åren såg ut, vi behöver bevis för saker som hänt länge, länge sedan.

Månen - som inte har någon atmosfär, inget flytande vatten, och ingen plattektonik – ger just ett sådant historiskt register. Solutbrott från miljarder år sedan lämnar ostörda spår i månens stoft.

En färsk tidning tittade på månens damm för att studera mängden flyktiga ämnen - element som natrium och kalium, med låga kokpunkter – som fanns kvar i månprover. Dessa flyktiga ämnen sparkas från månen när energiska solpartiklar träffar månens yta. Genom att titta på hur mycket av dessa element som har utarmats över tiden, forskare såg vår sols första miljard år i ett bredare sammanhang. Även om det brukade snurra snabbare än det gör idag, jämfört med andra var det fortfarande en "långsam rotator, " snurrar långsammare än 50 % av liknande stjärnor - och får utbrott mycket mer sällan än vad det kan ha gjort.

"Det kunde ha varit en mycket tuffare miljö, sade Prabal Saxena, huvudförfattare till studien och en astronom vid Goddard.

Det finns ännu mer gammal historia att lära av månens damm. Månen har inget globalt magnetfält - men den kan ha haft ett tidigare. Prover från månens poler, där det kommande Artemis-uppdraget planerar att landa, kunde visa om ett historiskt magnetfält förändrade mönstret av kvarlämnade flyktiga ämnen.

5. Det är en testbädd för Mars

För framtida astronauter på månen och Mars, rymdväder kommer att kräva konstant uppmärksamhet. Solen diskar upp mycket att oroa sig för – och den färdas snabbt.

På månen, Röntgenljus från solflammor når ytan inom åtta minuter. Koronala massutkastningar – gigantiska moln av heta, laddade partiklar – kan nå det inom en dag. Solenergipartiklar, eller SEP, är sällsynta men ännu snabbare och farligare.

"SEPs kommer vid 10, 20% ljusets hastighet, når oss inom en timme, sa Karin Muglach, en solfysiker vid Goddards Space Weather Lab. "De här sakerna är som kulor."

Eftersom månen är bara en ljussekund bort, varningssystem på jorden bör fungera tillräckligt bra för att skydda astronauter på månen. "Men om du går ut till Mars, kommunikation kan vara ganska försenad, sa Muglach.

Att testa sådana skyddssystem i närheten är en av anledningarna till att NASA åker till månen innan de åker till Mars.

Till månen och bortom

När NASA går framåt till månen och vidare till Mars, nya möjligheter att lära sig om kopplingen mellan solen och jorden finns i överflöd. Men det är inte bara grundläggande vetenskap. Solens inflytande fyller utrymmet runt oss – just det utrymme som framtida astronauter kommer att behöva navigera och förstå.

"Alla vetenskaper får inte ha den där riktigt praktiska aspekten, sa Jim Spann, ledande rymdväderforskare vid NASA:s högkvarter i Washington, D.C. "Jag tycker att det är ganska coolt."