In den kommenden Jahren werden mehrere Weltraumbehörden Missionen (einschließlich Astronauten) in die südliche Polarregion des Mondes entsenden, um wichtige Forschungen durchzuführen. Neben der Erkundung von Ressourcen in der Umgebung (in Vorbereitung auf den Bau einer Mondbasis) werden diese Missionen auch die Möglichkeit untersuchen, verschiedene wissenschaftliche Untersuchungen auf der anderen Seite des Mondes durchzuführen.
Zwei prominente Wissenschaftler (Dr. Karan Jani und Prof. Abraham Loeb) haben jedoch kürzlich eine Veröffentlichung veröffentlicht, in der sie argumentieren, dass auf der anderen Seite des Mondes eine andere Art von Astronomie betrieben werden könnte – Gravitationswelle Astronomie! Als Teil der NASA Projekt Artemis , sie erklären, wie a Gravitationswellen-Mondobservatorium für Kosmologie (GLOC) wäre ideal, um GW in den reichsten und anspruchsvollsten Frequenzen zu erkunden.
Das Papier mit dem Titel „ Gravitationswellen-Mondobservatorium für Kosmologie “ ist kürzlich online erschienen und wird zur Veröffentlichung in Erwägung gezogen. Während Dr. Karan Jani Astrophysiker der Vanderbilt University und Mitglied des LIGO Wissenschaftliche Zusammenarbeit , Prof. Abraham Loeb ist Frank B. Baird Jr. Professor of Science an der Harvard University und Direktor des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA).
Ursprünglich vorhergesagt von Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie , GWs sind im Wesentlichen Wellen in der Raumzeit, die durch die Verschmelzung massereicher Objekte wie Schwarze Löcher oder Neutronensterne verursacht werden. Der erste bestätigtes GW-Ereignis geschah im Jahr 2016, wo Wissenschaftler der Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorium (LIGO) gab bekannt, dass GWs von Markarian 231 stammen – einem binären System schwarzer Löcher, das über 1,3 Milliarden Lichtjahre entfernt ist.
Seitdem haben Astronomen durch die Inbetriebnahme weiterer Detektoren, die Zusammenarbeit zwischen Observatorien auf der ganzen Welt und die Verbesserung der Technologie und Methodik insgesamt 56 Kandidatenveranstaltungen . Anhand dieser Ereignisse konnten Astrophysiker Tests der Allgemeinen Relativitätstheorie durchführen, die geholfen haben
'Die Zeit ist reif, um herauszufinden, welche wissenschaftlichen Programme am besten von der Mondoberfläche aus verfolgt werden könnten.“ -Professor Abraham Loeb
Darüber hinaus haben Astronomen viele Fälle gefunden, in denen die GW-Astronomie erfolgreich sein könnte, wo konventionelle Methoden nicht ausreichen. Wie Prof. Loeb Universe Today per E-Mail sagte:
„In der Astronomie ging es traditionell darum, Licht durch Teleskope zu erkennen. Einige Umgebungen, wie die Kerne von Galaxien oder Sternentstehungsregionen, sind hinter undurchsichtigen Gas- und Staubwolken verborgen. Andere, wie schwarze Löcher ohne Materie um sie herum, emittieren kein Licht. Gravitationswellen bieten einen Einblick in diese Umgebungen, die wir vorher nie hätten untersuchen können. Ihre stärksten Quellen sind Verschmelzungen von Schwarzen Löchern, die eine neue Testumgebung für Albert Einsteins Gravitationstheorie darstellen, weil sie die extremsten Strukturen der Raumzeit sind, die die Theorie vorhersagt.“
Das Konzept, das hier am Werk ist, ähnelt dem von Weltraumteleskopen oder dem, was Astronomen mit der Mondradioastronomie erreichen wollen – also störungsfrei zu arbeiten. Für Weltraumteleskope – wie Hubble , TESS , Gaia ,und andere – außerhalb der Erdatmosphäre zu arbeiten bedeutet, in der Lage zu sein, Licht zu sammeln, das keiner Wellenlängenverzerrung unterliegt, ohne dass dies erforderlich ist adaptive Optik .
Ähnlich verhält es sich mit Interferometern und Gravitationswellen. Grundsätzlich beruht ein Interferometer auf zwei oder mehr sich vermischenden Lichtquellen, um ein Interferenzmuster zu erzeugen, das dann von Photodetektoren analysiert wird, um plötzliche Änderungen festzustellen. Wenn ein Interferometer Gravitationswellen abfängt, verursachen die Wellen messbare Verzerrungen, mit denen Wissenschaftler die Art und Entfernung der Quelle bestimmen.
Leider müssen Interferometer extrem empfindlich sein, da Gravitationswellen sehr schwer zu detektieren sind, was sie anfällig für Interferenzen macht. Zum einen müssen die Arme eines Detektors im Vakuum gehalten werden, um mögliche Störungen durch Luftmoleküle zu eliminieren, und seismische Ereignisse (auch Erdbeben genannt) führen ebenfalls zu falsch positiven Ergebnissen.
Aber auf dem Mond, der geologisch inaktiv ist und es keine nennenswerte Atmosphäre gibt, würde es praktisch keine Interferenzen geben. Wie Prof. Loeb erklärte:
„Der Mond hat ein extrem niedriges seismisches Rauschen, da er keine geologische Aktivität hat. Dadurch kann ein Frequenzbereich von Gravitationswellen untersucht werden, der zwei Größenordnungen kleiner ist als von der Erde aus zugänglich. Die Situation ist analog zum Bau eines Radioteleskops anstelle eines optischen Teleskops. Der Mond hat auch keine Atmosphäre, daher hat seine Oberfläche bereits ein Vakuum, das weit unter den Vakuumröhren der LIGO- und Virgo-Instrumente auf der Erde liegt.“
Was ein Gravitational-Wave Lunar Observatory for Cosmology (GLOC) auf der anderen Seite des Mondes enthüllen könnte, hier wird es wirklich interessant. Auf der Erde sind Wissenschaftler begrenzt, wenn es darum geht, welche Arten von Verschmelzungen sie erkennen können. Auf dem Mond, sagt Loeb, könnte ein Observatorium auf Bereiche zugreifen, in die GW-Astronomen derzeit keinen Einblick haben:
„Der neue Frequenzbereich ermöglicht es uns, Schwarze Löcher mittlerer Masse (zwischen stellaren Objekten, die durch den Kollaps von Sternen gebildet wurden – derzeit von LIGO-Virgo untersucht werden) und supermassereichen Objekten, die in den Zentren von Galaxien gebildet werden, zu erkennen, die vom Weltraumobservatorium untersucht werden sollen LISA) durch den größten Teil des beobachtbaren Universums.
Wissenschaftler haben bereits vorgeschlagen, Gravitationswellen zu verwenden, um das Innere von Schwarzen Löchern zu untersuchen. Supernovae , Lokalisieren Dunkle Materie , und messen Sie die Erweiterung des Kosmos (auch bekannt als die Hubble-Konstante). Diese letzte Möglichkeit ist besonders verlockend, da Wissenschaftler seit über einem Jahrhundert die Unsicherheit ihrer Messungen schrittweise reduzieren.
Gleichzeitig mussten sich Wissenschaftler mit einer Diskrepanz (bekannt als „Hubble-Spannung“) auseinandersetzen, bei der die Verringerung der Unsicherheiten bei der kosmischen Expansion nicht durch eine Verringerung zwischen verschiedenen Messungen parallelisiert wurde. „Die Umlaufbahn des Mondes ermöglicht es GLOC, die Wirtsgalaxien von verschmelzenden Schwarzen Löchern und Neutronensternen zu lokalisieren“, fügte Dr. Jani hinzu. 'Dies ist entscheidend, um die Hubble-Spannung zu lösen.'
Illustration von Artemis-Astronauten auf dem Mond. Credits: NASA
Ein weiterer zwingender Grund, warum Dr. Jani und Prof. Loeb die Gründung von GLOC empfehlen, ist der Plan der NASA (und anderer Weltraumbehörden) zur Monderkundung in den kommenden Jahren. Die NASA will nicht nur zum ersten Mal seit der Apollo-Ära (bis 2024) Astronauten zum Mond zurückschicken, sondern hofft auch, darüber hinaus ein Programm zur „nachhaltigen Monderkundung“ auf die Beine zu stellen.
Dazu gehört ein Lebensraum im Orbit, der regelmäßige Reisen zur Mondoberfläche (die Mondtor ) und Infrastruktur an der Oberfläche, die langfristige Explorationsmissionen (die Artemis-Basislager ). Aus diesem Grund, so Loeb, sei jetzt der perfekte Zeitpunkt, um darüber nachzudenken, welche Infrastruktur wir dort aufbauen wollen, um die besten wissenschaftlichen Erträge zu erzielen:
„Die Zeit ist reif, um herauszufinden, welche wissenschaftlichen Programme am besten von der Mondoberfläche aus verfolgt werden könnten. In der Vergangenheit erwogen Wissenschaftler wegen des Fehlens einer Atmosphäre Radio-, UV- und Röntgenteleskope. Wir schlagen eine spannende neue Möglichkeit für ein groß angelegtes Wissenschaftsprojekt vor, von dem wir hoffen, dass es von der wissenschaftlichen Gemeinschaft unterstützt wird.
Dies wirft einen weiteren spannenden Aspekt der Pläne zur Weltraumforschung in diesem und im nächsten Jahrzehnt auf. Neben der Rückkehr zum Mond, um in den 2020er Jahren zu bleiben, und dem Aufbau der Infrastruktur, die in den 2030er Jahren (und darüber hinaus) zum Mars führen wird, werden zukünftige Missionen die Arten von wissenschaftlichen Experimenten ermöglichen, die hier auf der Erde eine Herausforderung darstellen. In dieser Hinsicht wird die Erforschung eines größeren Teils unseres Sonnensystems es ermöglichen, mehr vom Universum zu erkunden!
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