På mindre än fyra år, NASA planerar att landa den första kvinnan och nästa man på månen som en del av Project Artemis. Denna efterlängtade återkomst till månen kommer att följas av konstruktionen av Lunar Gateway, Artemis Base Camp och ett program för "hållbar månutforskning". Skapandet av en bestående mänsklig närvaro på månen kommer också att skapa många möjligheter för spännande vetenskaplig forskning.

Till exempel, astronomer vill bedriva radioastronomi på månens bortre sida, där teleskop kunde undersöka universums tidigaste period utan markbunden radiostörning. Ta detta ett steg längre, ett team av astronomer rekommenderade nyligen att ett radioteleskop på månens bortre sida (eller i månens omloppsbana) skulle kunna hjälpa till inom ett annat viktigt forskningsområde:Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI)!

Förslaget var föremål för en vitbok som lämnades in till National Academy of Sciences' Planetary Science and Astrobiology Decadal Survey 2023-2032. Teamet bakom det leddes av Eric J. Michaud, en matematikstudent vid UC Berkeley, och inkluderade medlemmar från SETI Institute, Institutet för rymdvetenskap och astronomi vid universitetet i Malta, och genombrottsinitiativ.

Som de förklarade, potentialen för månradioastronomi har erkänts sedan Apollo-programmets dagar. Intresset förnyades under tidigt 2000-tal, vid en tidpunkt då de första stegen mot att återvända astronauter till månen togs (Konstellationsprogrammet). Med utvecklingen av NASA:s planer under det senaste decenniet - "Månen till Mars" och Artemis-programmet - är det nu dags för den nödvändiga planeringen.

Dr Pete Worden, ordföranden Breakthrough Prize Foundation och den tidigare chefen för NASA:s Ames Research Center, var medförfattare på tidningen. Som han sa till Universe Today via e-post, behovet av att etablera en plats för ett sådant teleskop är pressande:

"Det är visst brådskande att upprätta en radiotyst reserv på månens fjärrsida innan vi får det växande problemet vi har i jordens omloppsbana med optisk störning från kommunikationssatelliter. Vi är redan oroliga för de kinesiska kommunikationssatelliterna - så detta måste vara en global konsensus nu!"

Fördelarna med månastronomi har undersökts ingående. Till att börja, ett radioteleskop på eller i omloppsbana om månen skulle möjliggöra mycket känsliga radioastronomiexperiment. På jorden, de vanligaste radiobanden som används för kommunikation anses också vara lukrativa för SETI-forskning. Tyvärr, deras vanliga användning gör dem utsatta för en hel del störningar.

Som sådan, radioteleskop på jorden är baserade i delar av världen som har minimal radioförorening, som öknar och avlägsna områden. Men månens bortre sida kan mycket väl vara den mest "radiotysta" platsen i solsystemet. Som Michaud förklarade för Universe Today via e-post, dessa fördelar inkluderar att kunna skanna "frekvenser som domineras av [radiofrekvensstörningar], samt mycket låga frekvenser som blockeras av jonosfären. Att åka till rymden löser jonosfärproblemet, och att gå till månen mildrar RFI-problemet."

Som de anger i sin studie, radiobrus skulle kunna mildras särskilt om en krater valdes som plats för ett ytobservatorium. Några utvalda platser inkluderar Saha, Tsiolkovsky, Malapert, och Daedalus kratrar, som alla har valts ut som möjliga platser genom tidigare förslag om månradioastronomi. I en sådan miljö, kraterväggarna skulle blockera störningar från orbiters eller rymdskepp.

Naturligtvis, ett teleskop på månens yta har några nackdelar, också. Till exempel, observatoriet skulle kräva ett landeruppdrag för att leverera det till ytan, vilket är mer komplext än att skicka uppdrag till omloppsbana. Här, Michaud och hans kollegor använder den israeliska rymdorganisationens Beresheet och ISRO:s Vikram månlandare (en del av Chandrayaan-2-uppdraget) som exempel, som båda kraschlandade på ytan.

En annan nackdel är att en landare inte skulle kunna dra solenergi under den 14 dagar långa månnatten, vilket innebär att det måste komma med ett stort batteripaket. Kommunikation skulle också vara en utmaning eftersom månens bortre sida aldrig är i en direkt siktlinje med jorden. Kinas Chang'e-4-uppdrag hanterar detta genom att vidarebefordra sin kommunikation till Queqiao omloppsbanan, som kretsar kring månen vid jord-månen L2-punkten.

Å andra sidan, ett månteleskop utplacerat i månens omloppsbana skulle vara billigare att skjuta upp och skulle också kunna stödja en större antenn – eftersom omloppsbanans viktlöshet skulle eliminera behovet av en stödjande struktur. Men självklart, ett sådant uppdrag har sina egna nackdelar, som det faktum att RFI kan vara mer av ett problem på andra sidan.

Naturen hos månens gravitationsfält innebär också att de flesta månbanor är i sig instabila, vilket resulterar i orbital sönderfall. Lyckligtvis, Michaud och kollegor indikerar att det finns flera "frusna banor" där en orbiter kan förbli stabil i flera år. Som Michaud förklarar, mycket arbete måste hända innan ett Lunar SETI-observatorium kan realiseras:

"En stor svaghet med tidningen är att den är ganska agnostisk om hur, specifikt, ett teleskop i månens bana eller på månens yta ska se ut. Jag tror att nästa steg skulle vara att utveckla några specifika mönster för en orbiter. Vissa beräkningar måste också göras för att bestämma den bästa omloppsbanan för ett sådant instrument."

Sålänge, Dr Worden hävdar att NASA och det internationella astronomiska samfundet har fått en bra start med Project Artemis och Artemis-avtalet. Dessa underlättar inte bara en återgång till månen, men de har också etablerat ett ramverk för partnerskap mellan nationer och mellan den privata och offentliga sektorn. Detta, Dr Worden förklarar, kommer att vara avgörande för att etablera den infrastruktur och det stöd som behövs:

"Denna viktiga vetenskap. Jag är övertygad om att vi skulle kunna börja placera dessa observatorier på månens bortre sida med hjälp av system som Blue Origins Blue moon för att placera ett betydande radioteleskop på andra sidan i mitten av detta decennium. Kostnaden för ett sådant projekt skulle vara jämförbar med stora markbaserade observatorier, möjligen i intervallet hundratals-miljoner-dollar. Detta innebär att systemet kan finansieras, till viss del, av privata filantroper, ungefär som våra stora nya markbaserade observatorier är idag."

När all nödvändig infrastruktur är på plats – Lunar Gateway, Artemis Base Camp, etc. – astronauter kommer att kunna utföra uppdrag till ytan med högre frekvens och under längre tidsperioder.

På lång sikt, anläggningar skulle kunna byggas som skulle möjliggöra månastronomi, månvetenskap, och månturism. Lärdomarna från dessa ansträngningar kan till och med öppna dörren (vårs vi hoppas) till en permanent månuppgörelse. Eftersom allt detta kommer att börja om bara några år, det är dags att planera för det nu!