Un radiotelescopio sul lato oscuro della Luna

Il Lunar Crater Radio Telescope per illuminare l’epoca oscura del cosmo. Il progetto della NASA in fase iniziale potrebbe vedere i robot appendere una rete metallica in un cratere sul lato nascosto della Luna, creando un radiotelescopio per aiutare a sondare l’alba dell’universo.

Dopo anni di sviluppo, il progetto Lunar Crater Radio Telescope (LCRT) ha ricevuto 500.000 dollari per sostenere ulteriori lavori mentre entra nella Fase II del programma Innovative Advanced Concepts (NIAC) della NASA.

Sebbene non sia ancora una missione della NASA, il LCRT potrebbe trasformare la visione del cosmo da parte dell’umanità.

L’obiettivo principale dell’LCRT sarebbe quello di misurare le onde radio a lunga lunghezza d’onda generate dal Medioevo cosmico, un periodo che durò per alcune centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, ma prima che le prime stelle apparissero.

I cosmologi sanno poco di questo periodo, ma pensano che le risposte ad alcuni dei più grandi misteri della scienza possano essere racchiuse nelle emissioni radio a lunga lunghezza d’onda generate dal gas che avrebbe riempito l’universo durante quel periodo.

“Anche se non c’erano stelle, c’era molto idrogeno durante il Medioevo dell’universo, idrogeno che alla fine sarebbe servito come materia prima per le prime stelle”, ha detto Joseph Lazio, radioastronomo presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California e membro del team LCRT.

“Con un radiotelescopio sufficientemente grande al largo della Terra, potremmo tracciare i processi che porterebbero alla formazione delle prime stelle, forse anche trovare indizi sulla natura della materia oscura”.

I radiotelescopi sulla Terra non possono sondare questo periodo misterioso perché le onde radio a lunga lunghezza d’onda di quel periodo sono riflesse da uno strato di ioni ed elettroni nella parte superiore della nostra atmosfera, una regione chiamata ionosfera.

Anche le emissioni radio casuali della nostra rumorosa civiltà possono interferire con la radioastronomia, soffocando i segnali più deboli.

Ma sul lato nascosto della Luna, non c’è atmosfera che rifletta questi segnali, e la Luna stessa bloccherebbe le chiacchiere radio della Terra.

Il lato nascosto della Luna potrebbe essere un luogo privilegiato per effettuare studi senza precedenti sull’universo primordiale.

“I radiotelescopi sulla Terra non possono vedere le onde radio cosmiche a circa 10 metri o più a causa della nostra ionosfera, quindi c’è un’intera regione dell’universo che semplicemente non possiamo vedere”, ha detto Saptarshi Bandyopadhyay, un tecnologo robotico al JPL e ricercatore capo del progetto LCRT.

“Ma le idee precedenti di costruire un’antenna radio sulla Luna sono state molto complesse e dispendiose in termini di risorse, quindi siamo stati costretti a inventare qualcosa di diverso”.

Costruire telescopi con i robot

Per essere sensibile alle lunghe lunghezze d’onda radio, l’LCRT dovrebbe essere enorme.

L’idea è quella di creare un’antenna larga oltre un chilometro in un cratere largo oltre tre.

I più grandi radiotelescopi a parabola singola sulla Terra – come il Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope (FAST) in Cina e l’ormai inoperativo Osservatorio di Arecibo a Porto Rico – sono stati costruiti all’interno di depressioni naturali nel paesaggio per fornire una struttura di supporto.

Questa classe di radiotelescopi utilizza migliaia di pannelli riflettenti sospesi all’interno della depressione per rendere l’intera superficie della parabola riflettente alle onde radio.

Il ricevitore è quindi appeso tramite un sistema di cavi in un punto focale sopra la parabola, ancorato da torri sul perimetro della parabola, per misurare le onde radio che rimbalzano sulla superficie curva sottostante.

Ma nonostante le sue dimensioni e complessità, anche FAST non è sensibile alle lunghezze d’onda radio più lunghe di circa 14,3 metri.

Con il suo team di ingegneri, robotici e scienziati del JPL, Bandyopadhyay ha condensato questa classe di radiotelescopi fino alla sua forma più elementare.

Il loro concetto elimina la necessità di trasportare materiale proibitivo sulla Luna e utilizza robot per automatizzare il processo di costruzione.

Invece di utilizzare migliaia di pannelli riflettenti per focalizzare le onde radio in arrivo, l’LCRT sarebbe fatto di una sottile rete metallica al centro del cratere.

Un veicolo spaziale consegnerebbe la rete e un lander separato depositerebbe i rover DuAxel per costruire la parabola per diversi giorni o settimane.

DuAxel, un concetto robotico in fase di sviluppo al JPL, è composto da due rover ad asse singolo (chiamati Axel) che possono sganciarsi l’uno dall’altro ma rimanere collegati tramite un cavo.

Una metà fungerebbe da ancoraggio sul bordo del cratere mentre l’altra si calerebbe in corda doppia per fare la costruzione.

“DuAxel risolve molti dei problemi associati alla sospensione di un’antenna così grande all’interno di un cratere lunare”, ha detto Patrick Mcgarey, anche lui tecnologo robotico al JPL e membro del team dei progetti LCRT e DuAxel.

“I singoli rover Axel possono entrare nel cratere mentre sono legati, collegarsi ai fili, applicare tensione e sollevare i fili per sospendere l’antenna”.

Identificare le sfide

Affinché il team possa portare il progetto al livello successivo, utilizzerà i finanziamenti NIAC di Fase II per perfezionare le capacità del telescopio e i vari approcci alla missione, identificando le sfide lungo il percorso.

Una delle maggiori sfide del team durante questa fase è la progettazione della rete metallica.

Per mantenere la sua forma parabolica e la spaziatura precisa tra i fili, la rete deve essere robusta e flessibile, ma abbastanza leggera da poter essere trasportata.

La rete deve anche essere in grado di resistere ai cambiamenti di temperatura sulla superficie della Luna – da un minimo di meno 173 gradi Celsius a un massimo di 127  – senza deformarsi o cedere.

Un’altra sfida è quella di identificare se i rover DuAxel debbano essere completamente automatizzati o coinvolgere un operatore umano nel processo decisionale.

La costruzione DuAxels potrebbe essere completata anche da altre tecniche di costruzione? Sparare arpioni sulla superficie lunare, ad esempio, potrebbe ancorare meglio la rete dell’LCRT, richiedendo meno robot.

Inoltre, mentre il lato nascosto della Luna è “radio silenzioso” per ora, le cose potrebbero cambiare in futuro.

L’agenzia spaziale cinese ha attualmente una missione per esplorare il lato nascosto della Luna, dopotutto, e un ulteriore sviluppo della superficie lunare potrebbe avere un impatto su possibili progetti di radioastronomia.

Per i prossimi due anni, il team LCRT lavorerà per identificare anche altre sfide e domande.

Se dovessero avere successo, potrebbero essere selezionati per un ulteriore sviluppo, un processo iterativo che ispira Bandyopadhyay.

“Lo sviluppo di questo concetto potrebbe produrre alcune scoperte significative lungo il percorso, in particolare per le tecnologie di dispiegamento e l’uso di robot per costruire strutture gigantesche al di fuori della Terra”, ha detto.

“Sono orgoglioso di lavorare con questo team eterogeneo di esperti che ispirano il mondo a pensare a grandi idee che possano fare scoperte rivoluzionarie sull’universo in cui viviamo”.

Il NIAC è finanziato dallo Space Technology Mission Directorate della NASA, che è responsabile dello sviluppo delle nuove tecnologie e capacità trasversali necessarie all’agenzia.

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