martes, 14 de marzo de 2017

Sonda china Chang’e 4: el primer radio observatorio en la cara oculta de la Luna

Sonda china Chang’e 4: el primer radio observatorio en la cara oculta de la Luna
15JUN16

China planea lanzar a finales de 2018 la sonda Chang’e 4, que se convertirá en el primer artefacto humano que aterrice en la cara oculta de la Luna. La sonda llevará un rover y transmitirá los datos a la Tierra usando el satélite LRS (Lunar Relay Satellite), un nave que será lanzada previamente y que estará situada en una órbita de halo alrededor del punto de Lagrange L2 del sistema Tierra-Luna. Lo que no es tan conocido es que probablemente la Chang’e 4 llevará un radiotelescopio que aprovechará el absoluto silencio en el espectro de radio que caracteriza la cara oculta de la Luna.
La sonda Chang’e 4 con el rover en la parte superior y las tres antenas del detector de muy baja frecuencia (VLF)(J.S. Ping et al.).

Desde hace décadas instalar un radiotelescopio en la cara oculta
de nuestro satélite es un sueño de la comunidad científica y los escritores de ciencia ficción. Con toda la masa de la Luna actuando como un enorme escudo, un radiotelescopio lunar podría escudriñar el cosmos libre de las interferencias de las ondas de radio creadas por la humanidad. Lamentablemente, nadie ha puesto todavía un radiotelescopio en la cara oculta de la Luna. De hecho, nadie ha alcanzado la cara oculta de la Luna. Todo cambiará en 2018.

Al depender del satélite LRS para las comunicaciones, los encargados de la misión Chang’e 4 han decidido no sobrecargar la sonda con instrumentos que necesiten mucho ancho de banda y suprimirán los telescopios ultravioleta que llevaba la Chang’e 3. Su lugar lo podría ocupar —la decisión todavía no ha sido tomada de forma oficial— un radiotelescopio de muy baja frecuencia (VLF, Very Low Frequency) para observaciones astronómicas. El instrumento sería sensible a las frecuencias comprendidas entre 100 kiloherzios y 40 megaherzios (sí, en radioastronomía este rango se considera que corresponde a bajas frecuencias).
Esto puede parecer curioso, pero no demasiado relevante. Hasta que recordamos que en esta época que somos capaces de observar el cosmos a lo largo de todo el espectro electromagnético, desde los rayos gamma hasta las ondas de radio, todavía hay una región que se nos resiste. Y, efectivamente, esa ventana espectral son las ondas de radio de muy larga longitud de onda (o sea, muy baja frecuencia). La razón de que estemos ciegos en estas longitudes de onda se debe por un lado a la ionosfera —que bloquea las radiaciones en estas frecuencias provenientes de fuera de la Tierra— y la tremenda contaminación en radio generada por nuestra civilización. La consecuencia es que desde la Tierra resulta imposible estudiar el cielo a frecuencias por debajo de los 15 MHz.
Nunca antes hemos observado el universo en detalle en esta zona del espectro y si algo nos demuestra la historia de la ciencia es que cada vez que vemos el universo con nuevos ojos nos encontramos con sorpresas. El detector de la Chang’e 4 estará formado por tres antenas de cinco metros de longitud cada una y se tratará de un instrumento prototipo cuyo objetivo es abrir el camino a futuras misiones dedicadas exclusivamente a esta tarea. Las señales de la propia sonda Chang’e 4 y el rover interferirán en el instrumento, así que en principio no será usado para observar objetos lejanos de cielo profundo. No obstante, se podrá emplear para estudiar la actividad solar, sobre todo las eyecciones de masa coronal (CMEs), y la magnetosfera de Júpiter (en frecuencias por debajo de los 2 MHz).

La sonda china Chang’e 3 en la superficie de la Luna vista desde el rover Yutu (http://moon.bao.ac.cn).

Las observaciones de Chang’e 4 complementarán así a las de otros satélites que estudian la actividad solar y la magnetosfera terrestre como es el caso de la misión WIND de la NASA y sus resultados servirán para diseñar instrumentos más avanzados. En concreto, la Chang’e 4 debe estudiar las características de la ionosfera lunar. Un momento, ¿pero la Luna tiene ionosfera? Pues sí, aunque obviamente es muy tenue. Estudiada por primera vez por las misiones soviéticas Luna en los años 70, nadie sabe exactamente cómo afectará la ionosfera lunar a las observaciones astronómicas en estas frecuencias ni cuál es su relación con la actividad solar. La Chang’e 4 deberá responder a estas incógnitas.

Perfil de la ionosfera lunar según las sondas soviéticas Luna 19 y Luna 22 (J.S. Ping et al.).

El lugar de aterrizaje de la misión será probablemente la cuenca Aitken, uno de los mayores cráteres del sistema solar. Esta cuenca de impacto es tan profunda —cerca de seis kilómetros por debajo del radio medio lunar— que su análisis servirá para arrojar claves sobre la formación de nuestro satélite y, especialmente, por qué la cara oculta es tan diferente de la visible. La corteza de la cara oculta es más gruesa, de ahí que los flujos de lava basáltica no hayan alcanzado la superficie para formar los característicos y oscuros maria lunares con tanta profusión como en la cara visible. Ahora bien, nadie sabe por qué el espesor de la corteza es mayor en el hemisferio de la cara oculta.

Relieve de la Luna. A la derecha se aprecia la cuenca de impacto Aitken en la cara oculta (NASA).


Posible lugar de aterrizaje de la Chang’e 4 en la cuenca Aitken (chinaspaceflight.com).

Si finalmente este radiotelescopio es elegido para volar a bordo de la misión Chang’e 4 estaríamos ante un hito en la historia de la radioastronomía y ya no resultaría tan fantástico imaginar un futuro radio observatorio en la cara oculta. Eso sí, en vez de un radiotelescopio con una enorme antena en forma de cuenco como el observatorio de Arecibo estadounidense o el futuro FAST chino, el instrumento con el que sueña la comunidad científica sería más bien una matriz de antenas en la cara oculta de la Luna que, a pesar de cubrir una extensión de muchos kilómetros cuadrados, tendría un aspecto poco impresionante. Pero un radiotelescopio de muy baja frecuencia de este tipo permitiría, además de estudiar el sistema solar, levantar un mapa tridimensional de la materia interestelar a varios años luz alrededor del Sol, observar la actividad de galaxias lejanas o determinar las características de los rayos cósmicos de muy baja energía que no pueden atravesar la heliosfera, entre otros fenómenos astrofísicos. Y si alguna vez algo así llega a construirse en la cara oculta de nuestro satélite es posible que sea en buena medida gracias a la misión Chang’e 4.
Referencias:

·         J.S. Ping et al., Promoting a low frequency radio observatory on the farside of the Moon, European Lunar Symposium 2016
Publicar un comentario