¿Sería posible disponer de un radiotelescopio en un cráter lunar?

Esta ilustración muestra un proyecto de radiotelescopio en un cráter en el lado oculto de la Luna. El concepto de etapa inicial se está estudiando con fondos de subvenciones del programa NASA Innovative Advanced Concepts, pero no es una misión de la NASA.
Créditos: Vladimir Vustyansky.

Después de años de desarrollo, el proyecto Lunar Crater Radio Telescope (LCRT) ha sido subvencionado con 500.000 dólares para la preparación de la Fase II del programa Innovative Advanced Concepts (NIAC) de la NASA. Aunque aún no es una misión de la NASA, el LCRT percibe este proyecto de misión con potencial suficiente como para transformar la visión de la humanidad acerca del cosmos.

El objetivo principal del LCRT consiste en medir las ondas de radio de larga longitud generadas por la Edad Oscura cósmica, un período que se remonta a unos cientos de millones de años después del Big Bang hasta el tiempo previo a que aparecieran las primeras estrellas. Los cosmólogos saben poco sobre este período, pero las respuestas a algunos de los grandes misterios de la ciencia podrían desvelarse a través de esas emisiones de radio de longitud de onda larga, que fueron generadas por el gas que se expandió en el universo durante ese período.

“Si bien no había estrellas, había mucho hidrógeno durante ese período del universo, hidrógeno que posteriormente serviría como materia prima para las primeras estrellas”, dijo Joseph Lazio, radioastrónomo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California y miembro de el equipo de LCRT. “Con un radiotelescopio suficientemente grande fuera de la Tierra, podríamos identificar los procesos que condujeron a la formación de las primeras estrellas, tal vez incluso encontrar pistas sobre la naturaleza de la materia oscura”.

Los radiotelescopios de la superficie de la Tierra no pueden estudiar este misterioso período porque las ondas de radio de longitud de onda larga de ese momento, se reflejan en la capa de iones y electrones de la parte superior de nuestra atmósfera, la ionosfera. Las emisiones de radio aleatorias de nuestra ruidosa civilización también pueden interferir con la radioastronomía, ahogando las señales más débiles.

Pero en el lado opuesto de la Luna no hay atmósfera que refleje estas señales, y la propia Luna bloquearía el murmullo de ondas de radio de la Tierra. Esa zona de la Luna podría ser un lugar privilegiado para llevar a cabo estudios, sin precedentes, del universo temprano.

“Los radiotelescopios de la Tierra no pueden detectar ondas de radio cósmicas a partir de 10 metros debido a nuestra ionosfera, por lo que hay una región completa del universo que simplemente no podemos ver”, dijo Saptarshi Bandyopadhyay, tecnólogo en robótica del JPL e investigador principal del proyecto LCRT. “Las ideas previas de construir una antena de radio en la Luna han requerido muchos recursos y han sido complicadas, por lo que nos vimos obligados a pensar en algo diferente”.

El proyecto de radiotelescopio podría construirse a partir de malla de alambre que conformaría un plato en un cráter. En esta ilustración, se puede ver el receptor suspendido sobre el plato a través de un sistema de cables anclados en el borde del cráter.
Créditos: Vladimir Vustyansky.
Construir telescopios con robots

Para ser sensible a longitudes de onda de radio largas, el LCRT debería ser enorme. La idea es crear una antena de más de 1 kilómetro de diámetro en un cráter de más de 3 kilómetros de ancho. Los radiotelescopios de plato único más grandes de la Tierra, como el Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope (FAST) en China y el ahora inoperativo Observatorio de Arecibo en Puerto Rico (de 305 metros de diámetro) se construyeron dentro de depresiones naturales en forma de cuenca para proporcionar una estructura de soporte.

Esta clase de radiotelescopio utiliza miles de paneles reflectantes suspendidos dentro de la depresión, para hacer que toda la superficie del plato refleje las ondas de radio al receptor, que se cuelga a través de un sistema de cables, anclados por torres en el perímetro del plato, a un punto focal sobre el plato, y así obtener las ondas de radio que se reflejan de la superficie curva. Pero a pesar de su tamaño y complejidad, incluso FAST no es sensible a longitudes de onda de radio superiores a 4,3 metros.

Con su equipo de ingenieros, especialistas en robótica y científicos del JPL, Bandyopadhyay comprimió esta clase de radiotelescopio hasta su forma más básica. Su idea eliminaría la necesidad de transportar material, prohibitivamente pesado, a la Luna y utilizaría robots para automatizar el proceso de construcción. En lugar de utilizar miles de paneles reflectantes para enfocar las ondas de radio entrantes, el LCRT estaría hecho de una fina malla de alambre. Una nave espacial transportaría la malla y un módulo de aterrizaje independiente, depositaría los rovers DuAxel para construir el plato durante varios días o semanas.

DuAxel, un proyecto robótico que se está desarrollando en JPL, está compuesto por dos rovers de un solo eje (llamados Axel) que pueden desacoplarse entre sí pero permanecer conectados a través de una atadura. La mitad actuaría como un ancla en el borde del cráter mientras la otra mitad desciende en rápel para construir la infraestructura.

“DuAxel resolvería muchos de los problemas asociados con la suspensión de una antena tan grande dentro de un cráter lunar”, dijo Patrick Mcgarey, también tecnólogo en robótica de JPL y miembro del equipo de los proyectos LCRT y DuAxel. “Los rovers individuales de Axel pueden entrar en el cráter mientras están atados, conectarse a los cables, aplicar tensión y levantar los cables para suspender la antena”.

La superficie de la Luna está cubierta de cráteres, y uno de ellos podría proporcionar una estructura de soporte para una antena parabólica de radio. Como se muestra en esta ilustración, los rovers DuAxel podrían anclar la malla de alambre desde el borde del cráter. Créditos: Vladimir Vustyansky

Identificando desafíos

Para que el equipo lleve el proyecto al siguiente nivel, utilizará los fondos de la Fase II del NIAC para afinar las capacidades del telescopio y los diversos enfoques de la misión mientras identifica los desafíos que se pueden presentar.

Uno de los mayores desafíos del equipo durante esta fase es el diseño de la malla de alambre. Para mantener su forma parabólica y el espaciado preciso entre los alambres, la malla debe ser fuerte y flexible, pero lo suficientemente liviana para poder ser transportada. La malla también debe ser capaz de soportar los cambios bruscos de temperatura en la superficie de la Luna (desde menos 173 grados Celsius hasta 127 grados Celsius) sin deformarse ni fallar.

Otro desafío es identificar si los robots DuAxel deben estar completamente automatizados o involucrar a un operador humano en el proceso de toma de decisiones. ¿Podrían complementarse también los DuAxels de construcción con otras técnicas de construcción? Disparar arpones en la superficie lunar, por ejemplo, para poder anclar mejor la malla del LCRT, que por otro lado requeriría menos robots.

Además, aunque ahora el lado lejano de la luna está “radio silencioso”, podría cambiar en el futuro. La agencia espacial de China tiene actualmente una misión que explora el lado lejano de la luna, por lo que hay que tener en cuenta que un mayor desarrollo de la superficie lunar podría afectar a posibles proyectos de radioastronomía.

Durante los próximos dos años, el equipo de LCRT trabajará para identificar otros desafíos e incógnitas. Si tienen éxito, podrían ser seleccionados para un mayor desarrollo.

“El desarrollo de este proyecto podría suponer avances significativos en el camino, particularmente para las tecnologías de implementación y el uso de robots para construir estructuras gigantes fuera de la Tierra”, dijo. “Estoy orgulloso de trabajar con este equipo de diversos expertos que inspiran al mundo a pensar en grandes ideas que puedan desembocar en descubrimientos revolucionarios sobre el universo en el que vivimos”.

El NIAC está financiado por la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA, que es responsable de desarrollar las nuevas tecnologías y capacidades transversales que necesita la agencia.

Edición: R. Castro.