A Lua será um destino popular para programas espaciais em todo o mundo nos próximos anos.
Em 2025, a missão Artemis III da NASA pousará os primeiros astronautas (“a primeira mulher e a primeira pessoa negra”) na superfície lunar pela primeira vez desde o fim da Era Apollo, há mais de cinquenta anos.
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A eles se juntarão várias agências espaciais, conforme os Acordos Artemis, que enviarão astronautas europeus, canadenses, japoneses e de outras nacionalidades à superfície lunar. Estes serão seguidos em pouco tempo por taikonautas (China), cosmonautas (Rússia) e vyomanautas (Índia), que conduzirão pesquisas e explorações igualmente lucrativas.
Ter instalações em órbita da Lua, como o Acampamento Base Artemis, a Estação Internacional de Pesquisa Lunar e outras, permitirá todo tipo de pesquisa científica que não é possível na Terra ou na órbita terrestre.
Isto inclui a radioastronomia, que estaria livre de interferência terrestre no lado oculto da Lua e seria suficientemente sensível para detectar luz de períodos cosmológicos anteriormente inexplorados. Este é o propósito de um projeto de descoberta conhecido como Lunar Surface Electromagnetics Experiment-Night (LuSEE-Night) que partirá para a Lua no próximo ano e passará os próximos 18 meses ouvindo o cosmos!
Durante muito tempo, os astrônomos não conseguiram estudar um dos primeiros períodos da evolução cósmica, conhecido como a “Idade das Trevas” do Universo. Isto corresponde a um período que começou cerca de 380.000 anos após o Big Bang, onde o Universo foi preenchido com o hidrogênio neutro a partir do qual as primeiras estrelas e galáxias começaram a formar-se.
Com o tempo, as primeiras estrelas (População III) formaram-se em galáxias, e a sua radiação ionizou gradualmente o hidrogénio neutro, levando ao período conhecido como Amanhecer Cósmico (ou Época da Reionização ) cerca de um bilhão de anos após o Big Bang.
Isto fez com que o Universo se tornasse transparente à luz e, portanto, visível aos nossos instrumentos hoje. Mas vendo como as primeiras estrelas e galáxias se formaram durante a Idade das Trevas, os astrónomos têm estado interessados em olhar para este período para que possam acompanhar a evolução das estruturas cósmicas desde o início.
Infelizmente, as únicas fontes de luz durante esse período foram a radiação remanescente do Big Bang, visível hoje como Radiação cósmica de fundo, e fótons liberados quando os primeiros átomos de hidrogênio neutros se formaram e se estabeleceram em estados estáveis (também conhecidos como recombinação e dissociação).
Esta luz só é visível hoje como a linha espectral criada por uma mudança no estado de energia do hidrogênio neutro, também conhecida como linha de 21 cm ou “linha do hidrogênio”.
Esta linha não pode ser medida a partir da Terra porque a atmosfera absorve, refrata e reflete esses sinais de rádio antes que os instrumentos terrestres possam detectá-los. Além disso, quaisquer sinais de rádio que viajassem tão longe através do espaço (e do tempo) seriam abafados pela interferência de rádio causada pelas nossas fontes terrestres – dispositivos eletrônicos, torres de transmissão, satélites de comunicação, etc.
No entanto, a Lua tem uma vantagem decisiva, pois atua como um escudo, bloqueando as ondas de rádio vindas da Terra. Mas no outro lado da Lua, as condições são de “rádio silencioso” e livres de interferência de fontes terrestres, o que permitiria que antenas de rádio sensíveis detectassem a radiação desta época antiga.
Por último, mas não menos importante, as antenas de rádio seriam capazes de coletar dados durante as noites lunares (que duram duas semanas), quando as ondas de rádio do Sol também não causariam interferência.
Com várias missões à Lua previstas para os próximos anos, foram feitas múltiplas propostas para a construção de observatórios de rádio lunares.
Como Kaja Rotermund, pesquisadora de pós-doutorado no Berkeley Lab que trabalha na antena, disse em um recente comunicado à imprensa do Berkeley Lab:
“Se você estiver do outro lado da Lua, terá um ambiente intocado e silencioso de rádio, a partir do qual poderá tentar detectar esse sinal da Idade das Trevas. LuSEE-Night é uma missão que mostra se podemos fazer esses tipos de observações de um local onde nunca estivemos e também para uma faixa de frequência que nunca fomos capazes de observar.”
O projeto LuSEE-Night é uma colaboração entre a NASA e o Departamento de Energia (DoE), com parceiros do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab), do Laboratório Nacional de Brookhaven, da UC Berkeley e da Universidade de Minnesota.
A equipe do Berkeley Lab está atualmente construindo a antena do experimento que irá escutar no espaço as ondas de rádio emanadas da Idade das Trevas. O experimento está programado para ser lançado na Lua em 2025, onde testará a tecnologia no ambiente lunar.
Embora os rádio observatórios lunares tenham muitas vantagens sobre as instalações baseadas na Terra, também enfrentarão desafios significativos devido às condições extremas. Entre elas estão as temperaturas extremas entre o dia e a noite em torno da região polar sul da Lua, que duram duas semanas seguidas.
Durante um dia lunar, as temperaturas podem atingir até 120 °C (250 °F) antes de cair para -173 °C (-280 °F) à noite. Como o outro lado da Lua nunca está voltado para a Terra, a comunicação direta é impossível, o que significa que todos os dados devem ser enviados através de um satélite retransmissor. Disse Aritoki Suzuki, que lidera o projeto de antena do Berkeley Lab:
“A engenharia para pousar um instrumento científico no outro lado da Lua por si só é uma grande conquista. Se pudermos demonstrar que isso é possível – que podemos chegar lá, implantar e sobreviver à noite – isso pode abrir o campo para a comunidade e experiências futuras.”
Para coletar ondas de rádio do Universo antigo, o LuSEE-Night contará com dois pares de antenas que medem seis metros (~20 pés) de ponta a ponta. As antenas são projetadas para serem enroladas para caber dentro de uma carenagem de carga útil medindo apenas um metro (3,3 pés) em todos os lados.
Uma vez na superfície lunar, o LuSEE-Night usará um “stacer” com mola para desenrolá-lo na posição. Para preparar o sistema para transporte, a equipe do Berkeley Lab começou com simulações e modelos, depois desenvolveu um modelo do experimento em escala 1/100 e o testou no telhado de um dos edifícios do laboratório.
A equipe do Berkeley Lab também está construindo uma plataforma giratória que girará periodicamente as antenas para corrigir ruídos de rádio de outros planetas, galáxias e até mesmo variações causadas pelo regolito lunar abaixo do experimento.
A equipe concluiu uma revisão técnica neste verão e agora está trabalhando com o Laboratório de Ciências Espaciais da UC Berkeley para construir o modelo de voo que irá para a Lua. Eles esperam ter o subsistema de antena concluído até janeiro de 2024 e integrado aos seus demais componentes.
O experimento concluído será lançado em 2025 pela Firefly Aerospace como parte do programa Commercial Lunar Payload Services (CLPS) da NASA.
Traduzido por Mateus Lynniker de ScienceAlert
