Việc thám hiểm mặt trăng đang trải qua thời kỳ phục hưng. Hàng chục nhiệm vụ, được tổ chức bởi nhiều cơ quan không gian—và ngày càng nhiều các công ty thương mại—dự kiến ​​sẽ đến thăm mặt trăng vào cuối thập kỷ này. Hầu hết trong số này sẽ liên quan đến tàu vũ trụ robot nhỏ, nhưng dự án đầy tham vọng của NASA Chương trình nghệ thuật, nhằm mục đích đưa con người trở lại bề mặt mặt trăng vào giữa thập kỷ này.

Có nhiều lý do khác nhau cho tất cả hoạt động này, bao gồm cả vị thế địa chính trị và việc tìm kiếm tài nguyên mặt trăng, Chẳng hạn như nước-băng ở hai cực mặt trăng, có thể được chiết xuất và biến thành chất đẩy hydro và oxy cho tên lửa. Tuy nhiên, khoa học chắc chắn cũng sẽ được hưởng lợi lớn.

Mặt trăng vẫn còn nhiều điều để nói với chúng ta về nguồn gốc và sự tiến hóa của hệ mặt trời. Nó cũng có giá trị khoa học như một nền tảng cho thiên văn học quan sát.

Vai trò tiềm năng của thiên văn học trên vệ tinh tự nhiên của Trái đất đã được thảo luận tại một cuộc họp Cuộc họp của Hiệp hội Hoàng gia đầu năm nay. Bản thân cuộc họp một phần đã được châm ngòi bởi khả năng tiếp cận bề mặt mặt trăng được tăng cường trong tương lai.

Lợi ích xa xôi

Một số loại thiên văn học sẽ được hưởng lợi. Rõ ràng nhất là thiên văn vô tuyến, có thể được thực hiện từ phía mặt trăng luôn quay mặt ra xa Trái đất – phía xa.

Phía xa của mặt trăng được che chắn vĩnh viễn khỏi các tín hiệu vô tuyến do con người tạo ra trên Trái đất. Trong đêm trăng, nó cũng được bảo vệ khỏi ánh nắng mặt trời. Những đặc điểm này làm cho nó có thể vị trí “im lặng vô tuyến” nhất trong toàn hệ mặt trời vì không có hành tinh hoặc mặt trăng nào khác có một mặt quay mặt vĩnh viễn ra khỏi Trái đất. Do đó, nó phù hợp lý tưởng cho thiên văn vô tuyến.

Sóng vô tuyến là một dạng năng lượng điện từ, ví dụ như sóng hồng ngoại, tia cực tím và ánh sáng khả kiến. Chúng được xác định bằng cách có các bước sóng khác nhau trong phổ điện từ.

Sóng vô tuyến có bước sóng dài hơn khoảng 15 mét bị Trái đất chặn lại tầng điện ly. Nhưng sóng vô tuyến ở những bước sóng này truyền tới bề mặt mặt trăng mà không bị cản trở. Đối với thiên văn học, đây là vùng cuối cùng chưa được khám phá của quang phổ điện từ và nó được nghiên cứu tốt nhất từ ​​phía xa của mặt trăng.

Các quan sát vũ trụ ở những bước sóng này được gọi là “thiên văn học vô tuyến tần số thấp”. Những bước sóng này có khả năng duy nhất để thăm dò cấu trúc của vũ trụ sơ khai, đặc biệt là vũ trụ “thời kỳ đen tối”—thời đại trước khi các thiên hà đầu tiên hình thành.

Khi đó, hầu hết vật chất trong vũ trụ, ngoại trừ những vật chất bí ẩn vật chất tối, ở dạng nguyên tử hydro trung hòa. Chúng phát ra và hấp thụ bức xạ có bước sóng đặc trưng là 21 cm. Các nhà thiên văn vô tuyến đã sử dụng tính chất này để nghiên cứu các đám mây hydro trong thiên hà của chúng ta – Dải Ngân hà – kể từ những năm 1950.

Do vũ trụ không ngừng giãn nở nên tín hiệu 21 cm do hydro tạo ra trong vũ trụ sơ khai đã được chuyển sang bước sóng dài hơn nhiều. Kết quả là hydro từ “thời kỳ đen tối” của vũ trụ sẽ xuất hiện trước chúng ta với bước sóng lớn hơn 10 mét. Phía xa mặt trăng có thể là nơi duy nhất chúng ta có thể nghiên cứu điều này.

Nhà thiên văn học Jack Burns đã cung cấp một bản tóm tắt hay về các vấn đề liên quan nền khoa học tại cuộc họp gần đây của Hiệp hội Hoàng gia, gọi phía xa của mặt trăng là “nền tảng yên tĩnh, nguyên sơ để tiến hành các quan sát tần số vô tuyến thấp về Thời kỳ đen tối của Vũ trụ sơ khai, cũng như thời tiết không gian và từ quyển liên quan đến các ngoại hành tinh có thể ở được.”

Tín Hiệu Từ Các Ngôi Sao Khác

Như Burns nói, một ứng dụng tiềm năng khác của thiên văn học vô tuyến xa đang cố gắng phát hiện sóng vô tuyến từ các hạt tích điện bị giữ lại bởi từ trường—từ quyển—của các hành tinh quay quanh các ngôi sao khác.

Điều này sẽ giúp đánh giá khả năng tồn tại sự sống của các ngoại hành tinh này. Sóng vô tuyến từ từ quyển ngoại hành tinh có thể sẽ có bước sóng lớn hơn 100 mét, vì vậy chúng đòi hỏi một môi trường không có sóng vô tuyến trong không gian. Một lần nữa, phía xa của mặt trăng sẽ là vị trí tốt nhất.

A lập luận tương tự có thể được thực hiện cho nỗ lực phát hiện tín hiệu từ người ngoài hành tinh thông minh. Và, bằng cách mở ra một phần chưa được khám phá của phổ vô tuyến, cũng có khả năng thực hiện những khám phá tình cờ về các hiện tượng mới.

Chúng ta sẽ nhận được dấu hiệu về tiềm năng của những quan sát này khi NASA Nhiệm vụ LuSEE-Đêm hạ cánh ở phía xa mặt trăng vào năm 2025 hoặc 2026.

Độ sâu miệng núi lửa

Mặt trăng cũng mang lại cơ hội cho các loại hình thiên văn học khác. Các nhà thiên văn học có nhiều kinh nghiệm với các kính viễn vọng quang học và hồng ngoại hoạt động trong không gian trống, chẳng hạn như kính thiên văn kính viễn vọng Hubble và JWST. Tuy nhiên, độ ổn định của bề mặt mặt trăng có thể mang lại lợi thế cho các loại thiết bị này.

Hơn nữa, có miệng núi lửa ở các cực mặt trăng không nhận được ánh sáng mặt trời. Kính thiên văn quan sát vũ trụ ở bước sóng hồng ngoại rất nhạy cảm với nhiệt và do đó phải hoạt động ở nhiệt độ thấp. Ví dụ, JWST cần một tấm chắn nắng khổng lồ để bảo vệ nó khỏi tia nắng mặt trời. Trên mặt trăng, vành miệng núi lửa tự nhiên có thể cung cấp lớp che chắn này miễn phí.

Lực hấp dẫn thấp của mặt trăng cũng có thể cho phép xây dựng những kính thiên văn lớn hơn nhiều hơn là khả thi đối với các vệ tinh bay tự do. Những cân nhắc này đã khiến nhà thiên văn học Jean-Pierre Maillard cho rằng mặt trăng có thể là tương lai của thiên văn học hồng ngoại.

Môi trường ổn định, lạnh lẽo của các miệng hố bị che khuất vĩnh viễn cũng có thể mang lại lợi thế cho thế hệ thiết bị tiếp theo để phát hiện sóng hấp dẫn—“gợn sóng” trong không-thời gian gây ra bởi các quá trình như các ngôi sao phát nổ và các lỗ đen va chạm.

Hơn nữa, trong hàng tỷ năm, mặt trăng đã bị bắn phá bởi các hạt tích điện từ mặt trời—gió mặt trời—và các tia vũ trụ của thiên hà. Bề mặt mặt trăng có thể chứa một hồ sơ phong phú về các quá trình này. Nghiên cứu chúng có thể mang lại cái nhìn sâu sắc về sự tiến hóa của cả mặt trời và Dải Ngân hà.

Vì tất cả những lý do này, thiên văn học được hưởng lợi từ sự phục hưng hiện nay trong lĩnh vực khám phá mặt trăng. Đặc biệt, thiên văn học có thể sẽ được hưởng lợi từ cơ sở hạ tầng được xây dựng trên mặt trăng khi quá trình khám phá mặt trăng được tiến hành. Điều này sẽ bao gồm cả cơ sở hạ tầng giao thông—tên lửa, tàu đổ bộ và các phương tiện khác—để tiếp cận bề mặt, cũng như con người và robot tại chỗ để chế tạo và bảo trì các thiết bị thiên văn.

Nhưng cũng có một sự căng thẳng ở đây: các hoạt động của con người ở phía xa mặt trăng có thể tạo ra nhiễu sóng vô tuyến không mong muốn và kế hoạch khai thác băng nước từ các miệng hố bị che khuất có thể gây khó khăn cho việc sử dụng các miệng núi lửa đó cho thiên văn học. Như các đồng nghiệp của tôi và tôi gần đây lập luận, chúng ta sẽ cần đảm bảo rằng các vị trí mặt trăng có giá trị đặc biệt đối với thiên văn học sẽ được bảo vệ trong thời đại khám phá mặt trăng mới này.

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Ảnh: NASA / Ernie Wright

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
• PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
• Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
• PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://singularityhub.com/2023/12/08/building-telescopes-on-the-moon-could-transform-astronomy-and-its-becoming-an-achievable-goal/