Pendant des décennies, les astronomes ont préconisé la construction de radiotélescopes sur la face cachée de la Lune. Cette zone “radio-silencieuse” est toujours tournée vers la Terre et fournirait l’endroit idéal pour étudier une variété de phénomènes astronomiques qui ne peuvent pas être observés dans les basses fréquences radio de notre planète, ou même par des télescopes spatiaux en orbite autour de la Terre. Mais les coûts et la logistique d’un tel projet ont poussé la plupart de ces concepts au royaume des rêves futuristes.
Mais maintenant, un groupe d’astronomes et d’ingénieurs ont élaboré un concept pour un radiotélescope placé sur la face cachée de la lune qui pourrait atteindre 100 kilomètres carrés de diamètre, et il pourrait être déployé à partir d’un atterrisseur lunaire robotique et de quatre rovers à deux roues. .
The Far-side Array for Radio Science Investigations of the Dark age and Exoplanets (FARSIDE) utiliserait les rovers pour déployer et exploiter un réseau de 128 antennes dipôles à double polarisation à la surface de la face cachée de la Lune. Le réseau consisterait en une attache à bande plate et mince (seulement un millimètre ou deux) intégrée à l’antenne, qui possède également des capacités de communication optique et de transmission de puissance.
“Le radiotélescope interférométrique résultant fournirait des images radio sans précédent de systèmes stellaires distants, permettant l’étude de faibles signatures radio d’éjections de masse coronale et d’événements de particules énergétiques et pourrait également conduire à la détection de magnétosphères autour d’exoplanètes dans la zone habitable de leur étoile mère, ” l’équipe a écrit dans leur papier pré-imprimé, publié sur arXiv.
De plus, FARSIDE aurait la capacité de caractériser une activité similaire dans notre propre système solaire, du Soleil aux planètes extérieures, y compris l’hypothétique Planet Nine, a déclaré le Dr Gregg Hallinan, professeur d’astronomie à Caltech et l’un des auteurs du concept. étude.
“Je serais personnellement très enthousiasmé par la recherche de champs magnétiques d’exoplanètes d’exoplanètes habitables candidates”, a déclaré Hallinan à Universe Today par e-mail. “Cela peut être un ingrédient clé pour l’habitabilité planétaire dans notre propre système solaire et nous n’avons encore pratiquement aucune donnée sur les autres exoplanètes. C’est pourquoi j’ai poussé la conception à des fréquences radio très basses qui sont 100 fois inférieures à celles accessibles depuis le sol ou même en orbite terrestre.
Le travail de Hallinan sur FARSIDE est basé sur son travail de réalisateur un tableau récemment mis à jour qui tente d’effectuer un type similaire de radioastronomie depuis la Terre, appelé le Owens Valley Radio Observatory Long Wavelength Array (OVRO-LWA), situé en Californie. Les nouvelles mises à niveau permettront à l’observatoire d’imager l’ensemble du ciel toutes les dix secondes, en essayant de détecter les champs magnétiques des exoplanètes de type Jupiter.
“La conception de FARSIDE est basée sur OVRO-LWA”, a déclaré Hallinan, “mais poussera 100 fois plus bas en fréquence depuis la Lune pour chasser ces planètes habitables. Je suis également très enthousiasmé par la science de “l’âge sombre” – la période précédant la formation des premières étoiles et galaxies – car c’est la prochaine grande frontière de la cosmologie et elle est également complètement inaccessible depuis le sol.
Tandis que le idée pour FARSIDE existe depuis plusieurs années, de nouvelles idées d’utilisation de robots et un atterrisseur sans équipage rendent le concept plus réalisable. La conception des rovers robotiques pour FARSIDE qui déploieraient le ruban d’antenne est basée sur le Famille de rovers Axel développés par le Jet Propulsion Laboratory depuis plus de 20 ans. Certaines des dernières itérations d’Axel permettent aux rovers d’exceller particulièrement dans déployer des instruments sur des surfaces rugueuses, comme la face cachée lunaire. Les rovers captifs à deux roues peuvent même travailler sur des terrains escarpés et accidentés et même descendre en rappel sur des terrains très inclinés. JPL affirme que les attaches fournissent un support mécanique sur les pentes plus raides et fournissent l’alimentation et la communication à partir d’une plate-forme hôte. Hallinan et son équipe ont conçu l’attache de manière à ce que l’instrument/l’antenne y soit également intégré.
“En étant allongé sur le sol, le dipôle a en fait une très bonne sensibilité en regardant droit vers le haut” pour étudier le cosmos, a déclaré Hallinan.
Les rovers dérouleraient quatre attaches séparées de 12 km de long, chacune avec 64 nœuds électroniques alimentés à distance. L’équipe a analysé quatre conceptions différentes pour le réseau (voir l’illustration ci-dessus), et le gagnant de la meilleure performance était la spirale à quatre bras qui “nécessitait les trajectoires de rover les plus courtes, ce qui implique un logement plus facile d’une bobine d’attache plus petite et moins de charge de masse par rover.
En plus de travailler avec JPL, l’équipe a également travaillé avec Blue Origin, examinant comment la conception du télescope FARSIDE pourrait être intégrée dans un atterrisseur lunaire existant, et ils ont utilisé le Blue Moon Lander dans leur étude de cas. Plus précisément, ils ont travaillé avec Steve Squyres, ancien chercheur principal des Mars Exploration Rovers, Spirit et Opportunity, qui est maintenant le scientifique en chef de Blue Origin.
“Nous avons eu une expérience merveilleuse avec le JPL de la NASA, et avec Steve et l’équipe de Blue Origin”, a déclaré Hallinan. “De toute évidence, Steve apporte également beaucoup de connaissances pratiques en ce qui concerne l’utilisation des rovers, ce qui était un avantage supplémentaire. Nous nous sommes tous réunis toutes les deux semaines pour discuter des progrès et explorer de nouvelles directions à suivre. J’étais extrêmement satisfait des résultats avec le nouveau design.
Hallinan a déclaré que les quatre petits rovers offrent beaucoup plus de redondance que certains de leurs concepts précédents. De plus, les températures froides sur la Lune (aussi basses que 100 K) ont posé des défis, mais les ingénieurs du JPL ont apporté une nouvelle conception pour le récepteur d’antenne qui a une électronique qui peut fonctionner à des températures très basses sans ajouter de chauffage supplémentaire.
“Nous allions également vers un générateur électrique thermique à radio-isotopes multi-missions (MMRTG) pour fournir de l’énergie à la station de base, mais l’atterrisseur Blue Moon a des solutions qui nous ont permis d’aller dans une nouvelle direction pour cela également”, a déclaré Hallinan. « Comme vous pouvez le voir sur le papierle nouveau design est une amélioration majeure.
Hallinan a déclaré qu’une chose qui n’est peut-être pas évidente dans cette conception relativement simple est que ce réseau est incroyablement sensible aux fréquences radio très basses.
“Les dipôles deviennent généralement plus sensibles à mesure que vous abaissez les fréquences radio”, a-t-il expliqué. “Cependant, la principale source de bruit est l’émission radio de sa propre galaxie qui est extrêmement brillante et devient plus brillante à des fréquences plus basses à une vitesse plus rapide que la vitesse à laquelle le dipôle devient plus sensible. En bout de ligne, vous devenez généralement moins sensible aux basses fréquences du sol ! Cependant, quelque chose de magique se produit à environ 3 MHz. La galaxie devient “optiquement épaisse” et ne devient pas plus brillante en dessous de cette fréquence. Mais les dipôles ne cessent de s’améliorer ! Le réseau est 100 fois plus sensible à 300 kHz qu’à 3 MHz grâce à cet effet.
Hallinan a ajouté que la surface lunaire nocturne est le seul endroit du système solaire intérieur où cela peut être fait.
“En orbite terrestre, le” bruit de plasma “du vent solaire est une autre source de bruit qui domine complètement”, a-t-il déclaré. “Une cavité à plasma existe sur la surface lunaire, en particulier du côté nocturne, ce qui rend cela possible.”
Avec tout le travail que l’équipe a fait sur la conception, à quelle vitesse l’équipe a-t-elle pu transformer cette conception en une véritable mission ?
“Si nous lançons la prochaine étape formelle aujourd’hui, nous pourrions lancer d’ici 2028”, a déclaré Hallinan.
