De aarde wordt test A voor onderzoek naar maan-exoplaneten europahoy.news

Toen Jake Turner een jongen was op het platteland van Colorado, had hij foto’s van alle Apollo-maanmissies op de muren van zijn slaapkamer geplakt, samen met de woorden van Neil Armstrong: « Eén kleine stap voor de mens, één grote sprong. » voor de mensheid.

« Ik heb ze elke dag bekeken voordat ik naar bed ging, maar ik denk niet dat ik ooit had gedacht dat ik zou werken aan een NASA-missie naar de maan », zegt Turner, een postdoctoraal astronomie-onderzoeker bij NASA Hubble/Sagan aan het college. van Kunsten en Wetenschappen (A&S) en onderdeel van de Carl Sagan Instituut.

Nu keert NASA voor het eerst in 51 jaar terug naar de maan, en Turner, een expert op het gebied van de magnetische velden van exoplaneten, speelt een sleutelrol: hij is wetenschappelijk adviseur van NASA’s eerste radiotelescoop die op de maan landt. De telescoop zal daar de basis voor leggen bewoonbare planeten detecteren in ons zonnestelsel de aarde via de radio observeren alsof het een exoplaneet is.

NASA heeft op 14 februari een lanceervenster aangekondigd vanuit NASA’s Kennedy Space Center in Florida, waarbij een contract is gesloten met Intuitive Machines uit Houston om wetenschappelijke ladingen naar de maan te transporteren.

De maanmissie van Intuitive Machines 1 (IM-1) is een van de bijna 100 geplande missies tot en met 2030, die deel uitmaken van een wereldwijde race naar de maan.

De maanlander Intuitive Machines 1 (IM-1) zal het ROLSES-project vervoeren, waaronder de eerste radiotelescoop ooit op de maan. Afbeelding tegoed: intuïtieve machines

« Ik ben erg blij om deze heropleving te zien van mensen die de maan willen gebruiken, niet alleen voor studie, maar ook als platform voor andere missies », zei Turner. “Het is een Goudlokje-gebied; Het is voor ons mensen relatief gemakkelijk om daar te komen, vergeleken met andere plaatsen, en het heeft een aantal voordelen. “Het heeft een stevig landingsoppervlak en uiteindelijk zullen mensen het willen gebruiken als basis voor Mars en daarbuiten.”

De maan is ook “perfect” voor het observeren van de aarde via de radio, zei Turner; Het is ver genoeg weg dat we de hele planeet als een signaal kunnen zien, maar zo dichtbij dat bijna geen enkel signaal wordt gemist, wat een ‘fundamentele waarheid’ vaststelt die wetenschappers kunnen extrapoleren naar vele lichtjaren verderop.

‘Ik ben een beetje zenuwachtig’, zei Turner. « Dit legt de basis voor veel van het onderzoek dat ik de komende tien tot twintig jaar wil doen. »

Heel ver

Het magnetische veld van een planeet, dat radiogolven creëert, onthult veel over de interne structuur en de atmosferische dynamiek, en zou de atmosfeer kunnen beschermen tegen erosie door de stellaire wind van de gastster, zei Turner. Het zijn allemaal aanwijzingen voor bewoonbaarheid. Grotere planeten, zoals Jupiter, zenden hogere radiofrequenties uit, terwijl kleinere, zoals de aarde, lagere radiofrequenties uitzenden.

Radiowaarnemingen vanaf de aarde hebben uitgebreide informatie onthuld over de gasreuzen in ons zonnestelsel, zei hij. Jonathan Lunin, David C. Duncan hoogleraar natuurwetenschappen en hoogleraar astronomie (A&S). De Very Large Array in New Mexico heeft het bijvoorbeeld mogelijk gemaakt om de chemische samenstelling van Uranus en de synchrotronstraling van Jupiter te begrijpen.

« Alleen al van wat we hebben geleerd over de atmosfeer van de reuzenplaneten in ons eigen zonnestelsel en over de magnetische velden, zullen er ook enkele interessante dingen te leren zijn over planeten buiten het zonnestelsel », zei Lunine.

Het radiotelescoopexperiment, een van de zes wetenschappelijke ladingen van IM-1, wordt opgeroepen ROLSES (Photoelectronic Sheath Observaties van radiogolven op het maanoppervlak). Het instrument bestaat uit vier antennes die elk 2,5 meter lang zijn en zijn verpakt in een container van 20 cm voor lancering. Het instrument zal de ‘foto-elektronenmantel’ bestuderen, een laag geladen deeltjes net boven de maan die het maanoppervlak een kleine elektrische schok zou kunnen geven. aanval. Het zal ook radiogolven waarnemen die afkomstig zijn van de aarde en Jupiter.

De beste manier om de magnetische velden van exoplaneten te begrijpen is door hun radio-emissies te observeren, zei hij: « De radiogolven die we met ROLSES detecteren, kunnen niet met de oren worden gehoord. » Dan worden alle gegevens die ze verzamelen informatie die ze visueel kunnen evalueren.

Er zijn uitdagingen als het gaat om het observeren van exoplaneten vanaf de aarde op radiofrequenties.

In de eerste plaats is er sprake van interferentie. We kunnen planeten ter grootte van de aarde niet vanaf de aarde waarnemen omdat onze eigen atmosfeer signalen in hetzelfde bereik blokkeert, zei Turner. Bovendien voegt door mensen gecreëerd radiogebabbel verwarrende ruis toe aan de waarnemingen, voegde hij eraan toe.

Ten tweede moet de instrumentatie een inhaalslag maken. Tot nu toe hebben radiotelescopen slechts één keer radiosignalen van een exoplanetair systeem gedetecteerd, en Turner was degene die dat deed. In een onderzoek uit 2021, hij en zijn collega’s Radiosignalen gedetecteerd door het Tau Boötes-systeem met behulp van de Low-Frequency Array (LOFAR), een grote radiotelescoop in Nederland. Turner is ook een belangrijk wetenschappelijk lid dat tientallen gasgigantische exoplaneten bestudeert, waaronder het volgen van het Tau Boötes-signaal, op de radio met FAR-menu, een radiotelescooparray die onlangs in Frankrijk in gebruik is genomen. Sterker nog, Turner onlangs leidde het eerste radio-exoplanetenonderzoek met NenuFAR. Er wordt voorspeld dat exoplaneten magnetische velden hebben, dus ze moeten radiosignalen uitzenden.

« De uitdaging is om een ​​telescoop te hebben die gevoelig genoeg is om ze te detecteren, omdat deze planeten heel, heel ver weg zijn », zei Lunine. « Het lijdt geen twijfel dat we dingen zullen leren van radiometingen van planeten buiten het zonnestelsel. »

De toekomst van radioastronomie

Vanuit zijn uitkijkpunt op de maan zal ROLSES een stap zijn in de richting van die toekomst waarin radioastronomie, die is gebruikt om alle soorten astronomische bronnen te bestuderen, zowel binnen ons zonnestelsel als ver daarbuiten, een solide methode is voor het observeren van exoplaneten. bijzonder bewoonbaar.

« Cornell is een echte leider op het gebied van radioastronomie dankzij de bouw van het Arecibo Observatorium in de jaren zestig. Het is een van de instellingen die erkend worden voor de ontwikkeling van het veld », aldus Lunine. « Dit is een echte kans voor Cornell om de volgende stap in de radioastronomie te helpen zetten. »

Turner is wetenschappelijk adviseur voor een andere maanradiotelescoop die in 2026 op de andere kant van de maan zal landen, de Elektromagnetisch experiment op het maanoppervlak – Nacht (LuSEE-Nacht)een samenwerking tussen NASA en het Amerikaanse ministerie van Energie.

Hij maakt ook deel uit van het FARSIDE wetenschappelijke team. (Farside Array voor radiowetenschappelijk onderzoek naar de Middeleeuwen en exoplaneten), een radiotelescooparray bestaande uit honderden individuele radioantennes, elk vergelijkbaar met ROLSES en LUSEE-Night. FARSIDE is aan NASA voorgesteld om op de andere kant van de maan te landen, waar het beschermd zal zijn tegen radio-interferentie van de aarde. Het team is van mening dat FARSIDE aardachtige planeten op 20 of 30 lichtjaar afstand zou moeten kunnen detecteren, maar ze hebben dat nooit met echte gegevens gesimuleerd. Aardobservaties door ROLSES zullen de simulatiegegevens opleveren die ze nodig hebben, maar ook ervaring genereren voor het bestuderen van aardachtige exoplaneten in de komende 10 tot 15 jaar.

« We zullen de aarde als een exoplaneet simuleren, dus als we FARSIDE hebben, hebben we een goede basis voor waar we naar moeten zoeken », zei Turner. Het team hoopt ook ROLSES- en LuSEE-Night-observaties van de aarde, Jupiter en Saturnus te gebruiken om machine learning-algoritmen te trainen om exoplaneten met vergelijkbare kenmerken te detecteren.

Beyond the Moon is Jake lid van het voorgestelde team. Go-Low Mission (Grote Lange Golflengte Observatorium), die een aanvulling vormt op FARSIDE. Go-Low bestaat uit duizenden kleine satellieten en zal exoplaneten van elke omvang binnen een straal van 16 lichtjaar rond de aarde kunnen bestuderen met behulp van radiofrequenties. Deze afstand omvat de aardachtige planeet Proxima Centauri b, die binnen de bewoonbare zone van zijn ster ligt.

Turner zei dat ze de komende decennia werken aan een samenwerking tussen radioastronomie en de James Webb-ruimtetelescoop, die het infraroodspectrum waarneemt, in een synergie die zal helpen hulpbronnen te richten op planeten die beter bewoonbaar zijn.

Tot die tijd deelt het ROLSES-project een soortgelijke motivatie als het beroemde werk van Carl Sagan uit 1977, om NASA ervan te overtuigen de Voyager I om te draaien en een foto van de aarde te maken. Het resultaat is een van de meest iconische beelden in de ruimtewetenschap: de Pale Blue Dot, die een kleine aarde weerkaatst in een zonnestraal.

Op dezelfde manier is het doel van ROLSES om de zoeker terug naar de aarde te draaien om de basis te leggen voor het bekijken van de rest van de kosmos.

“ROLSES zal niet dezelfde grootsheid bieden als Sagan’s Pale Blue Dot; Dat is veel om waar te maken. Maar het is in die geest”, zei Turner. “We observeren de aarde zoals we een exoplaneet zouden observeren. “We begrijpen onze plaats in het universum en gebruiken die om ook andere planeten te begrijpen.”

Fontein: Cornell universiteit