Månteleskop ska se tillbaka till stora smällen

Nasa ska bygga ett enormt teleskop i en krater på månens baksida för att undersöka universums födelse. Men det är bara början. Astronomer ska även installera en lång rad teleskop och omvandla månen till en stor stjärnkikare.

Nasa ska bygga ett enormt teleskop i en krater på månens baksida för att undersöka universums födelse. Men det är bara början. Astronomer ska även installera en lång rad teleskop och omvandla månen till en stor stjärnkikare.

Claus Lunau & Shutterstock

Redan innan rymdteleskopet Hubble skickades upp 1990 diskuterade astronomer världen över vad som skulle bli dess efterträdare. Ett större teleskop som placerades i omlopp? Eller varför inte en stjärnkikare på månen? Astronomen Garth Illingworth föreslog ett månteleskop på 16 meter i diameter, mot Hubbles 2,4 meter.

Hubbles efterträdare blev James Webb-teleskopet, som ska skickas ut i rymden nästa år. Men nu dammar Nasa av tanken på ett månteleskop igen.

Planen är att bygga solsystemets största teleskop, med en diameter på en kilometer, i en krater på månens baksida. Den amerikanska rymdorganisationen har nyligen valt ut en forskargrupp som ska utveckla tekniken till det nya teleskopet, som har fått namnet Lunar Crater Radio Telescope.

Ett sådant teleskop kan fånga upp signaler från rymden som aldrig når jorden, därför att signalerna bromsas av partiklar från solen, samtidigt som kommunikationssignaler till och från satelliter samt de översta lagren av vår atmosfär blockerar dem.

Med en gigantisk parabolskärm på månen kan forskare tyda signaler som kommer från universums första tid, och därmed lösa några av de största kosmiska mysterierna – och kanske ta nästa steg i jakten på liv i rymden.

Månen är en sköld mot brus

Jorden och månen visar alltid varandra samma sida. Gravitationspåverkan innebär nämligen att det tar månen lika lång tid att kretsa runt jorden, som det tar den att rotera runt sig själv. Fenomenet kallas bunden rotation.

Det är ett vanligt missförstånd att baksidan alltid är mörk – i själva verket är den mörk under de två veckor som en månnatt varar och ljus under de följande två veckornas dag.

Månnatten är speciellt intressant eftersom forskarna vill fånga upp radiovågor som annars bromsas av myllret av kommunikationssignaler från jordens satelliter samt partiklar från solen, som tillsammans kallas radiobrus. Och under de två veckornas natt, då månens baksida vänds bort från både jorden och solen, är den helt fri från båda bruskällorna.

Detta förklarar astronomen Saptarshi Bandyopadhyay från Nasas Jet Propulsion Laboratory för Illustrerad Vetenskap.

”Månen fungerar som en fysisk sköld, som isolerar teleskopet på månens baksida från bruskällor på jorden, i jonosfären, från satelliter i omlopp runt jorden och det radiobrus som solen skickar ut under månnatten”, säger han.

Se månens fascinerande baksida

Saptarshi Bandyopadhyay leder en forskargrupp som nyligen har tilldelats pengar via programmet NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC), genom vilken organisationen väljer ut lovande idéer.

Idén om månteleskopet har uppstått, berättar han, eftersom astronomer vill studera universums första tid, vilket är enklast genom att analysera radiovågor med extremt långa våglängder, det vill säga över tio meter.

Ljuset från tiden direkt efter stora smällen har nämligen "dragits ut" och blivit till långa radiovågor. Ljuset har alltså färdats till oss från universums första tid, och universum har alltid varit i färd med att expandera i hög takt. Saptarshi Bandyopadhyay förklarar:

"Det är inte möjligt att observera universum vid våglängder som är större än tio meter från teleskop från jorden. Därför är våglängder över tio meter i dag i stort sett outforskade av människor", säger han.

Astronomer ska studera radiosignaler från rymden med våglängder på över tio meter, eftersom sådana signaler kan ge kunskaper om universums födelse. Teleskop på jorden kan inte fånga upp signalerna, eftersom den så kallade jonosfären runt jorden bromsar dem. Dessutom skapar kommunikationen mellan satelliter i omlopp runt jorden så kallat radiobrus, som når ända till månen. Men månens baksida är alltid bortvänd från jorden och ligger därmed i lä för bruset. Därför kan ett teleskop placerat där ostört mäta de hittills okända radiosignalerna från rymden.

© Shutterstock

Robotar firas ned i krater

Ett vanligt radioteleskop i dag består av en mottagare ovanför en skålformad så kallad reflektor, som reflekterar radiovågor uppåt till mottagaren.

Det största i världen just nu är kinesiska FAST, som har en diameter på 500 meter. Många kratrar på månens baksida råkar ha en liknande utformning som en sfärisk reflektor.

Saptarshi Bandyopadhyays forskargrupp ska leta upp en krater som är 1–5 kilometer i diameter och skicka i väg två rymdfarkoster.

Den ena farkosten, som ska landa på botten av kratern, innehåller teleskopets mottagare och reflektor.

Reflektorn består av ett gallernät av kablar av koppar eller aluminium och har en diameter på cirka en kilometer.

Den andra farkosten innehåller fyrhjuliga månbilar kallade DuAxel. De kopplar loss det ena hjulparet, som sedan firas ned i kratern i en utspänd vajer.

Månbilarnas hjulpar häktas fast med kablar kopplade till teleskopets mottagare.

Hjulparen kör uppför kratern med kablarna och fäster dem på kanten, så att mottagaren hissas upp över kratern.

Sedan upprepar månbilarna samma manöver, men spänner nu upp teleskopets en kilometer breda gallernät längs kraterns inre, så att det får formen av en parabolskärm.

Forskargruppen bakom idén har föreslagit att teleskopets delar och månbilar ska skickas upp med Nasas nästa jätteraket, Space Launch System, som förväntas lyfta första gången i slutet av 2021. Därefter tar det enligt forskarnas beräkningar att månbilarna två år att bygga hela teleskopet.

Månen blir ett stort teleskop

Ett teleskop på en kilometer i diameter, ostört av radiobrus från jorden och solen, kommer att bli det optimala redskapet för att observera universums första tid.

Astronomerna vill helst av allt få veta mer om den så kallade mörka tidsåldern, från cirka 380 000 år efter stora smällen, då universum kyldes ned och blev helt mörkt under en period, samt hur de första stjärnorna sedan började bildas, vilket forskare tror skedde efter cirka 400 miljoner år.

Nasas månbil DuAxel kan koppla loss ett hjulpar, som sedan kan rulla ned för en bergssida.

© Caltech-JPL/NASA

De svaga signalerna från de allra första stjärnorna, som har färdats långt och har sträckts ut till radiovågor med långa våglängder, rymmer svaret på en av astronomins största frågor: Hur föddes det universum vi har i dag?

Månteleskopet kan även användas till att undersöka om exoplaneter – planeter kring andra stjärnor än solen – kan hysa biologiskt liv som liknar det som finns på jorden.

Det kräver att en planet har ett magnetfält som skyddar mot strålningen från dess stjärna. Och när en planets magnetfält växelverkar med strålning från sin stjärna, sänds det ut radiovågor som månteleskopet kommer att kunna mäta.

Det en kilometer stora teleskopet är inte det enda som kan vara på väg till månen.

Nasa stöder även projektet FARSIDE, där planen är att en månbil sätter upp 128 antenner uppdelade i fyra rosetter, som var och en sträcker sig över fem kilometer. Planen är att FARSIDE ska undersöka universums allra tidigaste, stjärnlösa tid.

En del astronomer går ytterligare ett steg längre. Den välrenommerade brittiske astrofysikern Joseph Silk har i tidskriften Nature föreslagit att miljontals små antenner ska sättas upp över hundratals kilometer på månens baksida.

På så sätt skulle den sida av månen som vi aldrig ser fungera som ett gigantiskt teleskop, som öppnar ett fönster till universums äldsta hemligheter.