Musimy zbudować radioteleskop na Księżycu. Nie ma lepszego miejsca w Układzie Słonecznym

Program powrotu człowieka na Księżyc po długich przygotowaniach w końcu rozpoczął się w 2022 roku całkiem udaną misją Artemis I. W najbliższych dniach w pierwszy lot orbitalny poleci rakieta Starship, która za kilka lat ma dostarczyć ludzi na powierzchnię Srebrnego Globu po raz pierwszy od pół wieku. Po drugiej stronie świata obserwujemy intensywnie realizowany program chińskich misji księżycowych Chang’e. Chiny wysłały już na Księżyc dwa łaziki, raz udało im się przywieźć próbki gruntu na Ziemię, a teraz przygotowują się do kolejnych kilku misji, których kulminacją będzie pierwsze w historii lądowanie chińskich astronautów na innym ciele niebieskim niż Ziemia. Jakby zatem nie patrzeć, do końca obecnej dekady Księżyc będzie celem całego szeregu misji kosmicznych. Pytanie, po co właściwie ludzkość wydaje na to pieniądze.
ksiezyc
ksiezyc

Nie ma co się oszukiwać, głównym motorem tych wszystkich działań, dokładnie tak jak to miało miejsce w latach sześćdziesiątych XX wieku jest polityka. Oto mamy ponownie do czynienia ze swoistym kosmicznym wyścigiem, w którym tym razem główne skrzypce ponownie grają Stany Zjednoczone, a pretendentem do tytułu są Chiny. Kto jako pierwszy dostarczy ludzi na Księżyc w XXI wieku stanie się symbolem dla pokolenia obecnych czterdziestolatków i osób młodszych, które siłą rzeczy nie pamiętają już programu Apollo.

Ta raczej przyziemna motywacja nie powinna przesłaniać nam jednak niezwykle ważnego faktu: po raz pierwszy od dekad, nawet jeżeli jako skutek uboczny potyczek geopolitycznych, z kopyta ruszy czysta nauka. Na Księżyc dotrze pełna paleta nowoczesnych kamer, instrumentów badawczych i ludzie, którzy będą mogli na powierzchni Księżyca w ciągu tygodnia wykonać więcej badań niż jakikolwiek łazik mógłby zrealizować w ciągu kilkuletniej misji.

Niewidoczna strona Księżyca

Więcej, jeżeli wszystkie plany się powiodą i ludzie zaczną faktycznie latać na Księżyc na dłużej, badać coraz większe obszary, a z czasem zbudują bazę, w której będzie można przebywać nie tydzień, a dwa-trzy miesiące, to nasza wiedza o Księżycu, ale i o Układzie Słonecznym zacznie się zmieniać w zdumiewającym tempie. Wbrew pozorom, opanowanie Księżyca może nam także zrewolucjonizować wiedzę o głębokiej przestrzeni kosmicznej. Księżyc jest bowiem fenomenalnym miejscem do umieszczenia teleskopów nasłuchujących najdalszych rejonów wszechświata. A skoro będą tam już ludzie, i będą maszyny zdolne drukować cegły i budować budynki i i schrony dla załóg, to znacznie łatwiej będzie myśleć o budowie pełnowymiarowych dużych teleskopów astronomicznych w licznych kraterach księżycowych.

Cel: niewidoczna strona Księżyca

Na pierwszy rzut oka powierzchnia Księżyca wydaje się idealnym miejscem na budowę teleskopów. Jakby nie patrzeć, w przeciwieństwie do budowy teleskopów na powierzchni Ziemi, w obserwacjach z Księżyca nie przeszkadza żadna atmosfera. Teleskop stojący na powierzchni Księżyca spogląda na niebo jakby był w przestrzeni kosmicznej. Okazuje się jednak, że obserwacje astronomiczne z powierzchni Księżyca w pewnych zakresach promieniowania biją na głowę każde miejsce w Układzie Słonecznym.

Księżyc zwrócony jest w stronę Ziemi zawsze tą samą stroną. Oznacza to także, że niewidoczna strona Księżyca nigdy nie widzi Ziemi. Co to daje? Jest to jedyne miejsce w Układzie Słonecznym, które jest stale chronione przed jakimkolwiek promieniowaniem radiowym emitowanym przez ludzi na Ziemi. Fale radiowe z Ziemi nigdy tak mie docierają. Co więcej, gdy na niewidocznej z Ziemi stronie Księżyca trwa noc (trwająca 14 dni ziemskich), to miejsce to jest chronione przed promieniowaniem radiowym z Ziemi, ale także i tym ze Słońca. Nie ma drugiego takiego miejsca w naszym układzie planetarnym.

Księżyc to najlepsze miejsce w Układzie Słonecznym

Skoro zatem w to miejsce nie docierają fale radiowe z Ziemi i ze Słońca, to radioteleskop jest w stanie tam usłyszeć niezwykle słabe fale radiowe w przestrzeni kosmicznej. W reżimie radioastronomii niskich częstotliwości naukowcy mogliby w końcu zacząć badać ciemne wieki Wszechświata, czyli okres, w którym formowały się pierwsze gwiazdy i galaktyki. W końcu dowiedzielibyśmy się o neutralnych atomach wodoru, których formowały się pierwsze gwiazdy, a które obserwowane z odległości kosmologicznych docierają do nas w formie promieniowania radiowego o długości fali rzędu 10 metrów (pierwotna fala miała 21 cm długości, ale ekspansja wszechświata wydłużyła fale zmierzające w naszym kierunku).

Czytaj także: Teleskop po ciemnej stronie Księżyca. Dzięki niemu mamy zobaczyć najstarsze gwiazdy

Co więcej, te same radioteleskopy księżycowe mogłyby pomóc nam w poszukiwaniu życia we wszechświecie. W bardziej optymistycznym wariancie byłyby w stanie po prostu usłyszeć sygnały wysyłane w kosmos przez obcą cywilizacją (taką jak chociażby ta na Ziemi), a w mniej optymistycznym byłyby w stanie po prostu wykrywać fale radiowe emitowane przez zjonizowane cząsteczki przechwycone przez linie pola magnetycznego planet krążących wokół gwiazd podobnych do Słońca. Wykrycie takich fal radiowych wskazywałoby nam planety, które tak jak Ziemia chronione są przez pole magnetyczne przed szkodliwym promieniowaniem emitowanym przez gwiazdę macierzystą. Na takich planetach, pod warunkiem przebywania w ekosferze gwiazdy, szanse na istnienie życia są znacznie większe niż na planetach bez pola magnetycznego, takich jak Mars.

James Webb w kraterze na biegunie Księżyca

Naukowcy zwracają jednak uwagę na to, że Księżyc to idealne miejsce nie tylko dla radioteleskopów. Na biegunach Księżyca istnieją liczne kratery, do wnętrza których nie wpada nigdy promieniowanie słoneczne. Owe kratery są powodem, dla którego zarówno Chiny, jak i Stany Zjednoczone właśnie w ich bezpośrednim otoczeniu chcą robić bazy załogowe. We wnętrzach takich kraterów znajduje się mnóstwo lodu wodnego, do którego nigdy nie docierają promienie słoneczne. Lód ten może być źródłem wody dla załóg astronautów, ale także może być źródłem surowców do produkcji paliwa rakietowego.

Paradoksalnie, ów lód jest idealnym miejscem dla teleskopów obserwujących wszechświat w podczerwieni. Tutaj mamy dwa powody: powierzchnia Księżyca odpowiada za stabilność teleskopu, ale także schowany w takim kraterze Księżyc nie potrzebuje żadnej osłony termicznej. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba ma niezwykle skomplikowaną osłonę wielkości kortu tenisowego. W wiecznie zacienionym kraterze księżycowym taka osłona byłaby zbędna.

Możliwe zatem, że na przestrzeni kolejnych 15 lat Księżyc stanie się nie tylko miejscem walki różnych krajów o pozycję na Ziemi, ale także doprowadzi do znaczącego skoku wiedzy o Księżycu, Ziemi i głębokiej przestrzeni kosmicznej.