月の裏側からは宇宙の非常に深い眺めが得られる可能性がある

NASA のアルテミス 1 ミッションが今月月に打ち上げられるのに伴い、Space.com は月について私たちが知っていることと、なぜ私たちが月を気にするのかを検討しています。 アルテミス 1 へのカウントダウンの月週間特別レポートにご参加ください。

将来の月探査ミッションから得られる可能性のある科学は、月をはるかに超えて広がっています。

月の裏側に新しい電波望遠鏡が設置されれば、NASAの新アルテミス時代の月探査を活用できる可能性があると科学者らは、いつかそのような望遠鏡を使って、新たに稼働したジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡よりもさらに深い宇宙を探査できる可能性を期待していると述べている。できる。

カリフォルニア州スタンフォード大学の物理学者スティーブン・カーン氏は、「月の裏側に電波望遠鏡を設置する議論は、地球上の人間の電波送信によってひどく汚染されているより低い無線周波数を調べることである」とスペース・ドットコムに語った。 。

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カーン氏は、宇宙からの電磁気観測に焦点を当てた、最近の天文学および天体物理学の 10 年調査 (2020 年代の天文学および天体物理学における発見への道) のパネルの 1 つを率いました。 コロラド大学ボルダー校のジャック・バーンズ氏が率いるFARSIDEという名の月望遠鏡の提案は、10億ドルから20億ドルかかる「探査機クラス」のミッションの可能性として提出された。 バーンズ氏は1980年代から月面電波望遠鏡の計画に取り組んできたが、最終的にFARSIDEは10年にわたる調査の推薦対象には選ばれなかった。

しかし現在、カリフォルニアにある NASA ジェット推進研究所のサプタルシ・バンジョパディヤイ氏が率いる月面クレーター電波望遠鏡と呼ばれる全く新しいコンセプトが評価されている。

「私たちは月の裏側にある幅1.3キロメートルのクレーターに直径350メートルの電波望遠鏡を建設したいと考えています」とロボット技術者であるバンジョパディヤイ氏はSpace.comに語った。 （それは、0.8マイルのクレーターに幅1,150フィートの皿が存在することになります。）

当初の計画では、サイズが 1 km (0.6 マイル) のさらに大きな望遠鏡が予定されていましたが、地球から打ち上げる必要がある総質量を考慮すると、その装置の巨大な規模は実現不可能であることが判明しました。 幸いなことに、「科学を調べてみると、私たちが得たい科学を得るには直径 350 メートルで十分であることがわかりました」とバンジョパディヤイ氏は語った。

その科学には、再電離の時代として知られる遠い時代を遡ることが含まれます。 ビッグバンの直後には、星や銀河は存在せず、中性水素の広大な霧だけが存在しました。 この時代は「宇宙の暗黒時代」と呼ばれています。 最終的に、水素は合体し始めて星や銀河を形成し、宇宙を照らし、中性の水素をイオン化しました。 月クレーター電波望遠鏡が期待しているのは、この初期の時代です。

通常、中性水素は波長8.3インチ（21センチメートル）の電波を発しますが、宇宙膨張により暗黒時代の水素が発する電波の波長は数十メートルという極めて長波長になったと考えられます。

地球上でこの長波長の光を検出することは、一部には電離層（大気圏の上層領域）がこれらの波長の光を宇宙に反射する可能性があるため、また一部には地上の電波干渉によって覆い隠される可能性があるため、困難です。 やるべきことは、電離層がなく、月自体が望遠鏡を地球からの干渉から守ることができる月の裏側に巨大な電波望遠鏡を建設することだ。

「最近の天体物理学の10年にわたる調査では、暗黒時代がどのようなものだったのかを理解する必要性が語られており、この種の研究を行うには全球規模の単一受信機による測定が必要であることが語られました」とバンジョパディヤイ氏は語った。 「まさにそれが私たちが提案していることです。」

バンジョパディヤイ氏の計画は、月の裏側にある適切なクレーターに宇宙船を送り込むことだ。 宇宙船はクレーターの内側に着陸し、アンカーを備えた複数のケーブルをクレーターの縁に発射し、そこでアンカーが月のレゴリスにしっかりと貫通します。 次に、ケーブルをしっかりと引っ張って、ワイヤーメッシュのラジオアンテナを保持するためのフレームワークを作成します。アンテナは折り紙のように折り畳まれて着陸船に組み込まれ、ケーブルがピンと張って引っ張られると開きます。 給電アンテナはパラボラアンテナの上に設置され、頭上の宇宙船はまず望遠鏡の校正を支援するビーコン信号を提供し、次にデータとコマンドの中継器として機能する。地球は月の裏側からは見えず、隠されているためである。月の体の裏側。

少なくとも、それが計画だ。 月クレーター電波望遠鏡は現在、NASA の革新的先進概念 (NIAC) 開発プログラムの第 2 段階にあり、必要な技術を成熟させるために 50 万ドルの資金を受けています。 しかし、これは望遠鏡のミッションを成功させるために必要な数十億ドルの予算とは程遠い。

この望遠鏡は高額な価格が設定されているため、次の 10 年に一度の調査で推薦を得るには科学界からの強力な支援が必要です。

「私たちが今しなければならないことは、なぜこれを行う必要があるのか​​という非常に強力な根拠を示すことだ」とバンジョパディヤイ氏は語った。 「次の10年に一度の調査が行われるとき、私たちはこれに十分な時間と労力を費やしており、彼らがこのミッションを推奨することを願っています。」

しかし、FARSIDEに不利に働いたのと同じ問題が、月クレーター電波望遠鏡にも不利に働く可能性がある、特に、それは重要な科学を行うだろうが、あまりにもニッチすぎる、とカーン氏は述べた。

「焦点が限定されていることを考えると、それに優先順位を付けて（2030年の次の10年ごとの調査で）第1位にランクされるのは難しいだろう」と同氏は述べた。

しかし、カーン氏（同プロジェクトには直接関与していない）は、月面でさらなる探査を行いたいというNASAの願望と一致するという点で、別の選択肢があるかもしれないと示唆した。 「月への飛行回数を増やしたいというプログラム上の理由があり、それを利用したいと考えている」と同氏は語った。

このアプローチは NASA の商用月ペイロード サービス (CLPS) プログラムに具体化されており、今後 3 年間で 50 個以上の小型科学ペイロードが民間請負業者によって月に届けられる予定です。 これらのペイロードのうち 3 機は、2025 年にマサチューセッツ州が建造した月着陸船で、幅 194 マイル (312 km) のシュレディンガー クレーターに向かう予定です。シュレディンガー クレーターは、月の南極近くの月の裏側にある衝突盆地です。ドレイパーを拠点とする航空宇宙会社。

「科学の観点から見ると、月の裏側は、私たちが情報を得たい主要な場所の1つです」と、アラバマ州ハンツビルにあるNASAマーシャル宇宙飛行センターの惑星科学者デブラ・ニーダム氏はSpace.comに語った。

シュレディンガーは興味深い目標であり、月で 2 番目に若い衝突盆地であると考えられています。 ファーサイド地震スイート（FSS）、月内部温度および材料スイート（LITMS）、および月表面電磁気実験（LuSEE）と名付けられた 3 つのペイロードは、クレーターの形成とサイズの関係を調査します。月の内部構造。

「シュレディンガーを形成した衝突は非常に大きかったため、月の上部地殻を貫通してマントルにまで到達したと考えられる」とニーダム氏は語った。 「それを探ることは、月の大部分の化学構造、月の内側と外側が何でできているか、そしてそれがどのようにして月が形成され、最も暑い最初の頃からどのように冷えていったのかを理解する上で非常に重要です。」当時は火山活動が活発で、現在よりもはるかにダイナミックな場所でした。」

たとえば、地震計は、隕石の衝突によって引き起こされる月地震や、地球から発せられる重力潮汐によって引き起こされる月の内部の歪みによって引き起こされる月地震を監視します。 地震の微動が月の内部に反響するため、FSS が検出する信号によって科学者は月の内部の構造、組成、密度について知ることができます。

一方、LITMS 実験には熱流プローブが装備されており、月の内部温度を測定して月の内部の詳細を知ることができます。

「アポロ計画中の熱探査機の測定は、月の匿名の高温領域で行われた」とニーダム氏は語った。 「手前側に熱を発する化学的異常があるため、LITMS がその領域の外側で測定を行うのは初めてになります。」

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最後の実験である LuSEE は、月の外気圏にある塵を研究する予定です。塵とは、表面近くに付着し、微小隕石の衝突や静電力によって地面から飛び散るガスと塵の薄い層です。

この 3 つの小さなロボット実験が連携すれば、地球の裏側のさらなる探査への道が開かれる可能性があります。 このような探査は、2019年1月3日にフォンと呼ばれるクレーターに着陸した際に、地球の裏側に着陸した最初の探査機となった中国の探査機Yutu 2号の足跡（あるいは車輪の軌跡というべきだろうか？）をたどることになる。カルマン。

NASA の月へのアルテミス 1 号ミッションは、月曜 (8 月 29 日) 午前 8 時 33 分 (東部夏時間) (グリニッジ標準時 12:33) に始まる 2 時間の枠内で打ち上げられます。 NASA の厚意により打ち上げのライブ中継を視聴したり、Space.com のミッションに関するライブ最新情報をフォローしたりできます。

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キース・クーパーは英国のフリー科学ジャーナリスト兼編集者で、マンチェスター大学で物理学と天体物理学の学位を取得しています。 彼は『The Contact Paradox: Challenging Our Assumptions in the Search for Extraterrestrial Intelligence』(Bloomsbury Sigma、2020) の著者であり、数多くの雑誌や Web サイトで天文学、宇宙、物理学、宇宙生物学に関する記事を執筆しています。

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