L’interferometria basata a terra ha dimostrato di essere un metodo efficace per condurre ricerche scientifiche combinando la luce di più telescopi in modo da agire come un unico grande telescopio. Ma come può un telescopio interferometrico UV/ottico sulla Luna fornire scienze avanzate e le missioni Artemis possono aiutare a rendere questo possibile? Questo è l’argomento di uno studio recentemente presentato alla conferenza SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2024, dove un team di ricercatori propone l’Agenzia Stellar Imager (AeSI) abilitato da Artemis, che, come suggerisce il nome, potrebbe essere inviato sulla superficie lunare grazie alle imminenti missioni Artemis della NASA. Questa proposta è stata recentemente accettata come uno studio di Fase 1 attraverso il programma NIAC (NASA Innovative Advanced Concepts) e ha il potenziale per sviluppare un modo rivoluzionario di condurre scienze con altissima risoluzione angolare su altri corpi planetari, contribuendo nel contempo ad altre missioni.
Qui, Universe Today discute questa incredibile ricerca con Dr. Gioia Rau, astrofisico presso il Goddard Space Flight Center della NASA e direttore del programma presso la NSF, riguardo la motivazione dietro a questo studio, i principali risultati di questo lavoro, i prossimi passi se dovesse proseguire oltre la Fase 1, gli obiettivi a lungo termine riguardo alle località sulla superficie lunare e come AeSI può avanzare la nostra comprensione dell’abitabilità degli esopianeti. Quindi, quale è stata la motivazione dietro a questo studio?
Dr. Rau dice a Universe Today: “La motivazione dietro a questo studio è valutare se possiamo costruire e operare, in collaborazione con il Programma Artemis umano, un grande osservatorio a apertura sparsa (interferometro) sulla superficie lunare e determinare se è competitivo con un’opzione di volo libero precedentemente sviluppata. L’obiettivo finale è abilitare lo studio del nostro Universo in Ultra Alta Definizione a lunghezze d’onda ultraviolette e ottiche con ~200 volte la risoluzione angolare del HST! Le osservazioni ultraviolette non possono essere ottenute dalla superficie terrestre a causa dell’atmosfera sovrastante e anche nella luce visibile l’atmosfera terrestre limita la risoluzione finale ottenibile con gli interferometri basati a terra.”
Per lo studio, i ricercatori si basano su proposte di lunga data per posizionare interferometri UV/ottici nello spazio, ma a causa della mancanza di infrastrutture sulla superficie lunare, gli scienziati hanno preferito utilizzare satelliti e orbiter, che i ricercatori definiscono “volatori liberi”. Per AeSI, i ricercatori propongono di costruire un interferometro lunare utilizzando l’infrastruttura che sarà portata sulla Luna tramite il Programma Artemis della NASA, con l’obiettivo di fornire scienze avanzate riguardo ai sistemi esoplanetari, incluse le superfici delle stelle, i loro interni, campi magnetici, meteo spaziale e l’abitabilità degli esopianeti.
Rappresentazione artistica di sei interferometri sulla superficie lunare che vengono combinati per simulare un unico grande interferometro. (Credito: Figura 3/Rua et al. (2024)) Per raggiungere questo obiettivo, AeSI sarà composto da un interferometro di imaging UV/ottico di 1 chilometro di lunghezza vicino al polo sud lunare, che è la regione di atterraggio per il Programma Artemis, in particolare Artemis III. Insieme alla scienza avanzata, il team promuove anche la scalabilità del progetto, notando che può potenzialmente essere composto da 30 o più elementi per servire come un singolo interferometro. Inoltre, il team affronta diverse problematiche che potrebbero sorgere durante questo impegno, inclusi la polvere lunare, l’attività sismica e l’uso di assistenti robotici come supporto ausiliario per la costruzione. Quindi, quali sono i risultati più significativi di questo studio?
Dr. Rau dice a Universe Today: “I risultati più significativi di questo studio sono che il progetto è fattibile, dimostrando che l’idea visionaria del nostro PI, Dr. Kenneth Carpenter (NASA/Goddard Space Flight Center), può essere sviluppata realisticamente. Lo studio fornisce importanti raccomandazioni per ulteriori ricerche e sviluppo tecnologico, che saranno cruciali per far avanzare il progetto e affrontare eventuali sfide tecniche e ulteriori sviluppi tecnologici necessari.”
Come già notato, AeSI è stato approvato per uno studio di Fase 1 (con meno del 4% di tasso di successo!) attraverso il programma NIAC della NASA, che ha aiutato a sviluppare tecnologie nell’industria aerospaziale dal 1998, quando il suo nome originale era NASA Institute for Advanced Concepts fino alla chiusura nel 2007. Solo due anni dopo, il Congresso chiese all’Accademia Nazionale delle Scienze di esaminare le ragioni della chiusura, raccomandando misure per il futuro e portando all’attuale programma NIAC nel 2011.
Da allora, il NIAC ha contribuito a progressi tecnologici in nanosatelliti, esplorazione planetaria, spettroscopia degli esopianeti, astrofisica, cosmologia, scienza solare, esplorazione spaziale umana e molti altri. Queste proposte seguono tre fasi, con ogni fase che consente un incremento di finanziamenti e tempo per il progetto. Quindi, dato che AeSI è uno studio di Fase 1, quali sono i prossimi passi se dovesse essere approvato per l’avanzamento?
Dr. Rau dice a Universe Today: “I prossimi passi comporterebbero la ricerca di supporto per la Fase 2 da parte del NIAC, così come l’esplorazione di ulteriori finanziamenti e risorse. La Fase 2 si concentrerebbe sullo sviluppo e il perfezionamento del primo studio di 9 mesi che stiamo conducendo nella Fase 1. Crediamo che il nostro concetto visionario abbia il potenziale di rivoluzionare la ricerca scientifica e fornire una significativa opportunità di dimostrazione tecnologica sulla superficie lunare, quindi speriamo davvero di ottenere ulteriore supporto da NIAC e/o da altre fonti di supporto!”
Riguardo gli obiettivi a lungo termine per AeSI, Dr. Rau dice a Universe Today: “Ci sono molteplici vincoli riguardanti la localizzazione degli interferometri sulla superficie lunare, in particolare quelli ottici e UV! Descriviamo questo in modo più dettagliato nel rapporto finale dello studio di Fase 1 del NIAC, che sarà pubblico e pubblicato all’inizio del prossimo anno. Il nostro progetto è attualmente pianificato per iniziare con una fase 1 composta da 15 rover in configurazione ad array ellittico con un asse maggiore di 1 km. L’osservatorio si evolverà in fasi successive fino ad arrivare a un array di ~30 rover con un hub avanzato per combinare i fasci provenienti dal numero maggiore di rover (stazioni a specchio) e fornirà una risoluzione angolare estremamente alta di oggetti celesti come stelle simili al Sole lontane, Nuclei Galattici Attivi (AGN), esopianeti, stelle evolute fredde e altro!”
Come già notato, oltre alla scienza avanzata condotta sulle stelle, uno degli obiettivi scientifici di AeSI sarà anche quello di accertare l’abitabilità degli esopianeti, mentre la NASA ha confermato l’esistenza di oltre 5.700 esopianeti all’interno della nostra Via Lattea. Di questi, quasi 70 sono attualmente designati come collocati nella “zona abitabile” della loro stella madre, con 29 di essi potenzialmente mondi terrestri (rocciosi) e i restanti 41 potenzialmente “mondi d’acqua” o mini-Nettuni. Questi mondi potenzialmente abitabili sono stati trovati in orbita sia all’interno che al di fuori della zona abitabile, con alcuni orbite che li portano sia dentro che fuori dalla zona abitabile durante un’orbita. Quindi, come potrebbe AeSI avanzare la nostra comprensione dell’abitabilità degli esopianeti?
Dr. Rau dice a Universe Today: “AeSI fornirà una comprensione più profonda delle caratteristiche delle stelle madri nei sistemi esoplanetari distanti. Analizzando queste stelle più approfonditamente, possiamo ottenere una migliore comprensione delle condizioni che influenzano l’abitabilità dei pianeti in orbita. Questo include l’esame delle interazioni tra i pianeti e le loro stelle, che possono avere un impatto significativo sul potenziale di vita su questi esopianeti.”
Mentre la NASA si prepara a rimandare gli esseri umani sulla Luna per la prima volta dal 1972 con il Programma Artemis, è importante notare l’incredibile scienza che può essere realizzata con l’infrastruttura stabilita da Artemis. Pertanto, con l’interferometria basata a terra che rappresenta un campo scientifico da tempo consolidato e di successo che ha contribuito a una migliore comprensione dell’astronomia radio, della fisica solare, delle nebulose, delle galassie e degli esopianeti, AeSI offre un’opportunità unica di condurre scienze rivoluzionarie, immagini di stelle lontane con la massima risoluzione angolare mai ottenuta, su altri corpi planetari testando al contempo nuove tecnologie.
Come aiuterà AeSI a migliorare l’interferometria UV/ottica negli anni e nei decenni a venire? Solo il tempo lo dirà, ed è per questo che amiamo la scienza!
Come sempre, continuate a fare scienza e continuate a guardare in alto!
Link aggiuntivi:
SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2024
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