Mientras el gobierno de Estados Unidos recorta su gasto en ciencia básica, una cosa parece segura: todavía hay mucho dinero para regresar a la luna.
La misión Artemis II de la NASA es sólo la punta de la lanza de exploración lunar de la agencia espacial: la planificación para una gran cantidad de seguimientos adicionales tripulados y robóticos está en marcha. Y todos estos viajes también podrían transportar equipos para investigaciones innovadoras.
Hay mucho que aprender en la luna. La mayor parte trata sobre la propia luna: sus turbios orígenes, su extensa historia e incluso los recursos vitales que podría albergar. Pero algunos astrónomos, enfrentados a una financiación gubernamental cada vez más austera para sus proyectos terrestres y espaciales, están empezando a ver la Luna como un escenario científico fiscalmente más estable para algunos de sus estudios cósmicos más ambiciosos.
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Una antena en la cara oculta de la Luna
Anže Slosar, física del Laboratorio Nacional Brookhaven, alguna vez tuvo la esperanza de colocar un radiotelescopio en la cara oculta de la Luna, pero abandonó su sueño hace años. La misión parecía demasiado cara y no había suficiente interés en ella. “Después de los aterrizajes del Apolo, el pensamiento fue: 'lo hemos logrado', y eso fue todo”, recuerda.
Los sentimientos cambiaron durante la primera administración Trump. Un día, Slosar recibió un correo electrónico de un director de programa del Departamento de Energía preguntándole si todavía pensaba que era posible construir un radiotelescopio del lado lejano y si estaba interesado en liderar la participación del DOE en dicho proyecto.
"Esta es una forma inusual de avanzar en la ciencia", dice Slosar. "Normalmente hay que superar muchos obstáculos, y ahora de la nada obtuvimos financiación para este proyecto".
Fue la elección más fácil de su carrera profesional. “Dije: '¡Por supuesto!'”, recuerda. “Cambió mi vida para siempre”.
La razón del entusiasmo de Slosar es que un radiotelescopio en la Luna podría hacer cosas que ningún otro en la Tierra puede hacer. Los radiotelescopios terrestres sólo pueden recoger señales de un rango limitado de longitudes de onda. Esto se debe a que, a medida que las moléculas de aire en la atmósfera superior absorben los rayos ultravioleta del sol, se excitan tanto que pierden sus electrones y se “ionizan” en el proceso. Para la mayoría de las ondas de radio, la capa resultante llena de iones (la ionosfera) es como un espejo gigante que bloquea muchos mensajeros cósmicos entrantes.
El Experimento Electromagnético de la Superficie Lunar – Noche (LuSEE-Night) es el primer paso hacia la construcción de un radioobservatorio en la cara oculta de la Luna para investigar las misteriosas “edades oscuras cósmicas”.
Desafortunadamente, la solución no es tan simple como eliminar la atmósfera de la Tierra o, más plausiblemente, lanzar un radiotelescopio al espacio. Para ser de gran utilidad para los radioastrónomos, cualquier observatorio espacial tendría que ser exquisitamente sensible; de hecho, tan sensible que sus observaciones se verían inevitablemente inundadas por las telecomunicaciones que emanaran de la Tierra. Para sintonizar galaxias distantes y otros objetos lejanos, los astrónomos necesitarían una antena en algún lugar sin atmósfera que también estuviera de alguna manera protegida de todas nuestras conversaciones terrestres.
Un lugar así existe, por supuesto, y está a sólo un tiro de piedra de nuestra tercera roca desde el sol. La Tierra está bloqueada en una danza sincrónica con la Luna, por lo que el mismo hemisferio lunar siempre está de espaldas a nosotros. En esa superficie del otro lado, la propia luna actúa como un escudo contra la cacofonía de señales de radio de la Tierra. Esta es exactamente la razón por la que Houston Ground Control perdió contacto con Artemis II durante unos 40 minutos durante su sobrevuelo lunar el 6 de abril, cuando la nave espacial Orion de la misión quedó enmascarada por la luna.
“Detrás de la Luna, en el momento adecuado, se pueden evitar interferencias tanto del Sol como de la Tierra”, afirma Slosar. "Se convierte en uno de los lugares más silenciosos de nuestro sistema solar para observar estas frecuencias de radio".
Ese rango de longitudes de onda resulta ser una ventana a la época más misteriosa de la historia del universo.
Nuestra instantánea más antigua del universo procede de unos 380.000 años después del Big Bang. Se conoce como fondo cósmico de microondas, o CMB, y está formado por la luz que se liberó cuando el plasma denso y caliente que bañaba el universo primitivo se enfrió lo suficiente como para formar átomos de hidrógeno. Al igual que los enjambres de electrones que bloquean la radio en la ionosfera de la Tierra, los electrones no unidos en ese antiguo plasma ionizado también bloquearon la luz, de modo que cuando todos se asentaron en hidrógeno atómico, la luz que había pasado milenios oculta por la niebla primordial fue liberada para fluir libremente por todo el universo. Hoy vemos esta “última superficie de dispersión” como un resplandor de radio difuso que cubre todo el cielo.
Pero durante cientos de millones de años después de ese singular momento en el tiempo, esencialmente no tenemos ningún dato. Esto se debe a que el universo estaba lleno de hidrógeno relativamente frío que sofocaba la luz y que apenas emitía luz propia. Sólo cuando las estrellas y galaxias comenzaron a formarse a partir de todo ese hidrógeno hubo suficiente luz y calor para reionizar algunos de los átomos de hidrógeno, haciendo que esas estructuras cósmicas en crecimiento fueran visibles para nuestros telescopios.
Sin embargo, hubo un poco de luz en la llamada edad oscura cósmica: un débil hilo de emisiones de radio de 21 centímetros de longitud de onda que emanaban de los átomos de hidrógeno. Los astrónomos han logrado detectar algunas señales cósmicas de 21 cm mediante esfuerzos heroicos utilizando instrumentos terrestres, pero la imagen ruidosa e irregular que ofrecen estas detecciones es lamentablemente incompleta. Para cartografiar la edad oscura en toda su majestuosidad oculta (para descubrir cómo, exactamente, la materia fría se fusionó en estructuras cósmicas luminosas), la mejor opción, con diferencia, es buscar desde la cara oculta de la Luna.
Aquí es donde entra Slosar. Ahora dirige las contribuciones del DOE a su asociación con la NASA en un proyecto llamado Experimento Electromagnético de la Superficie Lunar-Noche (LuSEE-Night), cuyo objetivo es lanzarse a la cara oculta de la Luna en diciembre de 2026. Volará a bordo de un módulo de aterrizaje Blue Ghost de Firefly Aerospace como parte de la iniciativa Commercial Lunar Payload Services (CLPS) de la NASA, que depende de módulos de aterrizaje construidos y operados por la industria privada para entregar naves espaciales y experimentos. y otras cargas útiles a la superficie de la luna.
Una fotografía de la cara oculta de la luna, tomada por la tripulación de la misión Artemis II. El otro lado es un lugar ideal para la radioastronomía.
Una vez allí, el mayor desafío de LuSEE-Night será atravesar la noche lunar criogénicamente fría, que dura el equivalente a unos 14 días terrestres. Es posible que Pink Floyd te haya engañado: la cara oculta de la luna no siempre está oscura. Sin embargo, cuando lo es, es un lugar inhóspito: pocos experimentos han sobrevivido a la noche.
En última instancia, la misión pretende ser una prueba de que se pueden construir y operar radiotelescopios aún más grandes y grandiosos en la cara oculta de la Luna.
Una troika gravitacional
Un viaje gratis a la Luna sería un sueño para la última incorporación a las filas de los astrónomos: los devotos de las ondas gravitacionales.
Fue hace apenas 11 años que la ciencia obtuvo la capacidad de escanear los cielos en busca de estas esquivas ondas, gracias al Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser. Más conocido como LIGO, este proyecto utiliza (lo adivinaste) láseres para detectar el sutil estiramiento del espacio y el tiempo debido a la cataclísmica fusión de dos gigantescos agujeros negros.
La próxima misión de Antena Espacial con Interferómetro Láser (LISA) de la Agencia Espacial Europea, esencialmente LIGO en el espacio, ampliará la revolución que inició LIGO. LISA, que se lanzará en 2035, podría detectar ondas de fusiones mucho más masivas de agujeros negros supermasivos en lugar de las ondas de pequeños agujeros negros de 50 masas estelares que están dentro del alcance de LIGO. También detectará las ondas más lentas de las binarias que orbitan tranquilamente, emitidas mucho antes de que comience su espiral mortal. Ambas fuentes generan ondas con millones de kilómetros entre picos, demasiado largas para que las registre cualquier instrumento terrestre.
Pero para completar su cobertura del espectro de ondas gravitacionales, los astrónomos tienen sus ojos puestos en la Luna. La Antena Lunar de Interferómetro Láser (LILA) cerraría la brecha entre LIGO y LISA al sintonizar ondas con longitudes de onda intermedias. Estos incluirían aquellos provenientes de fusiones de enanas blancas, los objetos astronómicos que producen muchas de las supernovas que vemos y estudiamos analizando sus emisiones electromagnéticas. LILA también capturaría las ondas gravitacionales de las estrellas binarias de neutrones y los agujeros negros justo cuando comenzaron su descenso final hacia la coalescencia, proporcionando un sistema de alerta temprana que podría alertar a LIGO de colisiones dos semanas antes de que ocurrieran.
"No hay ningún otro lugar en el sistema solar donde se puedan detectar vistas gravitacionales en esta banda media", dice Karan Jani, astrofísico de la Universidad de Vanderbilt e investigador principal del proyecto LILA. "Sólo existe la luna".
Esto se debe a que la luna es mucho más inerte geológicamente que nuestro ruidoso planeta. "No tiene un núcleo tan activo", dice Jani, lo que significa que la superficie lunar puede ser una plataforma inactiva para sistemas láser de detección de ondas gravitacionales hechos a medida para la banda media.
LILA se construirá esencialmente con espejos montados en vehículos exploradores. El equipo del proyecto espera participar en una próxima misión CLPS. Cuando el módulo de aterrizaje se abra a la superficie lunar, dos vehículos con espejos se dirigirán en diferentes direcciones, formando un triángulo de cinco kilómetros con el módulo de aterrizaje como tercer punto del triángulo. Luego, un instrumento en el módulo de aterrizaje emitirá láseres hacia los rovers para comparar sus distancias con precisión microscópica.
La Antena Lunar de Interferómetro Láser (LILA) utilizaría la luna como un entorno sísmicamente silencioso para detectar las pequeñas ondas en el espacio-tiempo emitidas por pares de agujeros negros y estrellas de neutrones en rotación justo antes de entrar en espiral hacia su muerte.
Iniciativa de Laboratorios Lunares Vanderbilt/Karan Jani
"Para ser honesto, no estaríamos pensando en LILA si Estados Unidos no fuera a la luna", dice Jani. El equipo LILA espera llegar a una fase posterior del proyecto que sería en colaboración con el programa Artemis de la NASA y dependería de astronautas para su operación y mantenimiento.
Una hazaña estelar
Observatorios como el Telescopio Espacial James Webb (JWST) y el Telescopio Espacial Hubble (y, de hecho, el típico telescopio reflector de consumo) se basan en el mismo principio: un espejo curvado exactamente para canalizar la luz entrante desde muchas direcciones hacia un solo plano focal. Los telescopios grandes utilizan espejos segmentados para captar más luz de un objeto lejano y producir una imagen más nítida; El espejo principal de JWST se compone de 18.
La interferometría óptica es una forma de hacer que la superficie de recogida de luz de un telescopio sea mucho más grande extendiendo dichos segmentos en un área aún mayor. En este enfoque, los espejos individuales están interconectados en una matriz, y cada nodo canaliza su luz hacia una instalación central que corrige y combina cuidadosamente estas entradas, formando efectivamente un telescopio mucho más poderoso.
Aprovechando el programa Artemis, el científico de la NASA Kenneth Carpenter pretende construir una instalación de interferometría óptica en la Luna. Este generador de imágenes estelar habilitado por Artemis (AeSI) propuesto consta de 15 a 30 espejos montados en el rover, lo que permite la reconfiguración y otros ajustes sobre la marcha para que el generador de imágenes pueda fijarse en cualquier objetivo en el cielo lunar. Además de ser un potente pionero tecnológico, AeSI también podría monitorear muchas estrellas en una franja considerable de la Vía Láctea. Al estudiarlos en luz ultravioleta a la que los observatorios terrestres no pueden acceder debido a la capa de ozono que bloquea los rayos ultravioleta de la Tierra, el proyecto podría literalmente arrojar más luz sobre los detalles aún misteriosos de la actividad estelar en toda la galaxia.
"Tenemos datos maravillosamente de alta resolución sobre el Sol", dice Carpenter. "Pero todavía no hemos llegado a un buen modelo predictivo de la actividad futura". Los mejores modelos solares de los científicos actualmente luchan por predecir con precisión las llamaradas en nuestra estrella más familiar. Pero los esperados conjuntos de datos estelares expansivos que AeSI podría proporcionar pueden ayudar a cambiar eso.
El proyecto también podría beneficiarse de intervenciones astronáuticas, dice Carpenter, lo que significa que mantener AeSI podría ser otra posible tarea para las tripulaciones de Artemis que la NASA planea aterrizar en la luna para 2028 y durante la década de 2030. Si sus décadas de experiencia trabajando en el Telescopio Espacial Hubble le enseñaron algo, es que solucionar problemas en un experimento es infinitamente más efectivo con un humano en el sitio.
"El transbordador espacial y el Hubble fueron diseñados pensando el uno en el otro", dice, señalando la misión STS-61 en 1993, que incluyó una caminata espacial para solucionar un problema crítico con el espejo del Hubble. Ese histórico telescopio, dice Carpenter, “probablemente habría sido un fracaso sin la colaboración del programa de vuelos espaciales tripulados”.