Forskare vid CU Boulder har lagt ut en färdplan för ett decennium av vetenskaplig forskning på månen.

Team från universitetet kommer att delta i fyra kommande eller föreslagna rymduppdrag som försöker använda månen som ett unikt laboratorium för att blicka tillbaka till kosmos gryning – samla in oöverträffad data om en epok i universums liv innan de första stjärnorna bildades .

Den första av dessa ansträngningar kommer att distribuera ett instrument som kallas Radiowave Observations at the Lunar Surface of the photoElectron Sheath (ROLSES). Det är tänkt att landa på månen om drygt ett år. En annan handlar om en föreslagen satellit känd som Dark Ages Polarimetry Pathfinder (DAPPER). Den kan vara i omloppsbana runt månen vid decenniets halvvägsmärke.

"Det är en helt outforskad del av det tidiga universum, som vi kallar den mörka medeltiden, sa Jack Burns, professor vid institutionen för astrofysik och planetvetenskap vid CU Boulder. "Vi har inga data från den här perioden och inga utsikter att få några data med traditionella teleskop som Hubble Space Telescope."

Burns beskrev de fyra uppdragen under ett virtuellt föredrag denna månad vid årsmötet för Lunar Exploration Advisory Group (LEAG), ett vetenskapligt rådgivande organ för NASA.

NASA-administratör Jim Bridenstine, som också deltog i mötet, delade i spänningen.

"Ett av uppdragen som gör mig riktigt exalterad är DAPPER, " sa han i ett föredrag. "Vi kommer att kunna se den mörka medeltiden efter Big Bang och före Cosmic Dawn."

Två landare

För brännskador, de närmaste åren kan bli de mest spännande i hans decennier långa karriär.

Vetenskapsmannen, som också är vice ordförande emeritus för akademiska frågor och forskning för CU-systemet, förklarade att det inte fanns något synligt ljus i universum under den mörka medeltiden på grund av bristen på stjärnor. Det fullständiga mörkret, som varade i ungefär 180 miljoner år, gör denna tidsperiod omöjlig för astrofysiker att studera idag.

Eller nästan omöjligt:​​Burns och andra forskare har förutspått att forskare kommer att kunna upptäcka den svaga strålningen som sänds ut av moln av vätgas som fyllde universum under denna period. Det är samma strålning, syns idag i radiovågor som färdas genom rymden, som Burns och hans kollegor hoppas få se när de åker till månen.

"Vi undersöker den tidsperioden i det tidiga universum när allt började, ", sa Burns. "De allra första stjärnorna bildas. De allra första galaxerna bildas, som så småningom kommer att leda till galaxer som Vintergatan."

ROLSES kommer att få igång festen i oktober 2021. Det är då instrumentet landar på månen ombord på Nova-C Lunar Lander byggd av företaget Intuitive Machines. ROLSES kommer strax efter att börja skanna himlen efter radiovågor.

Det kommer att följas 2024 av ett andra landeruppdrag kallat Lunar Surface Electromagnetics Experiment (LuSEE), som kommer att samla in liknande data men från månens bortre sida – eller den sida av månen som alltid är vänd bort från jorden. Denna region av månens yta, Burns förklarade, är skyddad från störningar som alstras av radiovågor på jorden.

Båda uppdragen är en del av NASA:s Commercial Lunar Payload Services-program. Robert MacDowall från Goddard Spaceflight Center leder ROLSES-uppdraget, medan Stuart Bale vid University of California, Berkeley kommer att leda LuSEE. CU Boulder-teammedlemmar som arbetar med Burns inkluderar postdoktor Keith Tauscher och doktorander Neil Bassett och Joshua Hibbard.

Och vidare

Båda landarna kommer att sätta scenen för DAPPER. Om den här satelliten får officiellt godkännande från NASA, den kommer att vara ungefär lika stor som en resväska och bära fyra trådantenner och en lådformad "patch"-antenn. De känsliga verktygen kommer att hjälpa rymdfarkosten att plocka upp de otroligt subtila spåren av det tidiga universums vätemoln.

Burns fick nyligen ytterligare en finansieringsomgång från NASA för att fortsätta att "mogna" sitt teams design för uppdraget. NASA:s Ames Research Center, UC Berkeley och National Radio Astronomy Observatory är partner i DAPPER.

"Det är det närmaste vi har kommit till att äntligen kunna göra denna viktiga vetenskap, så det är spännande, " sa Burns.

Han nöjer sig inte med att stanna där. Astrofysikern har också slagit sig ihop med forskare vid California Institute of Technology och NASA:s Jet Propulsion Laboratory för att utveckla ytterligare ett uppdrag. Det kallas Farside Array for Radio Science Investigations of the Dark ages and Exoplanets (FARSIDE). Ansträngningen kan skicka sex fot långa rullande robotar till månen, potentiellt i slutet av decenniet. Där, de kommer att lägga ut mer än 28 miles av ledningar på månens yta i ett spiralmönster - en aldrig tidigare skådad grupp som kan upptäcka kosmiska signaler från själva månens yta.

Under det virtuella samtalet denna månad, NASA:s Bridenstine noterade att insatser som DAPPER visar potentialen för vetenskap på månen. Han sa att astronauter som bor i en rymdstation som kretsar runt månen, eller till och med i livsmiljöer på månens yta, kan en dag hjälpa forskare som Burns att samla in sina data.

"Här har du mänsklig utforskning och det vetenskapliga uppdraget som direkt drar nytta av varandra, sa Bridenstine.