Japón avanza en sus planes para construir un radiotelescopio de baja frecuencia llamado "TSUKUYOMI" en la superficie lunar. El proyecto tiene como objetivo lanzar un prototipo en la década de 2020 y desplegar más de 10 antenas autónomas en la Luna para finales de la década de 2030.

El objetivo principal es observar la "Edad Oscura Cósmica", el período de hace aproximadamente 13.800 millones de años. Durante unos 100 millones de años después del Big Bang, antes de que nacieran las primeras estrellas, el universo no contenía estrellas ni galaxias, solo gas de hidrógeno neutro. Al capturar rastros de esta era, los científicos esperan revelar cómo era el universo en sus inicios más absolutos.

Detalles del proyecto TSUKUYOMI

Instituciones participantes

El proyecto TSUKUYOMI está liderado por el Instituto de Ciencias Espaciales y Astronáuticas (ISAS) de JAXA, con la participación del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), la Universidad de Tohoku, la Universidad Metropolitana de Osaka, la Universidad de Ciencias de Okayama y la Universidad de Kumamoto. El proyecto se basa en la experiencia de Japón en radioastronomía, incluyendo la experiencia operativa con el telescopio ALMA en el desierto de Atacama en Chile, las tecnologías de exploración lunar desarrolladas a través de las misiones Kaguya y SLIM, y las capacidades de radioobservación demostradas por satélites científicos.

Objetivo científico: detectar la señal global de la línea de 21 cm

El objetivo científico principal es detectar la "señal global de la línea de 21 cm del hidrógeno neutro" de la Edad Oscura Cósmica. Unos 380.000 años después del Big Bang, a medida que el universo se enfriaba, los protones y electrones se combinaron para formar átomos de hidrógeno neutro. Estos átomos absorben o emiten ondas de radio a una longitud de onda de 21 cm (frecuencia de 1,42 GHz) contra la radiación cósmica de fondo de microondas.

Debido a la expansión del universo, las señales de la Edad Oscura se han desplazado al rojo y ahora se observan como ondas de baja frecuencia alrededor de 15 MHz. Esta señal es extremadamente débil, solo unos 40 milikelvin en temperatura de brillo.

La importancia de esta observación radica en obtener información cosmológica pura no afectada por la formación de estrellas y galaxias. Los científicos esperan obtener conocimientos sobre la distribución de la materia en el universo y las propiedades de la materia oscura que los métodos convencionales no pueden proporcionar.

Enfoque técnico

TSUKUYOMI empleará antenas dipolo cortas. El rango de frecuencia de observación es de 1-50 MHz, incluyendo bandas que no pueden llegar a la superficie terrestre debido al blindaje ionosférico. El mayor desafío observacional es que la radiación de primer plano de nuestra galaxia Vía Láctea es mucho más fuerte que la señal objetivo. La calibración precisa de las características de frecuencia es clave para el éxito.

Las antenas se montarán en postes para alcanzar una altura suficiente sobre la superficie lunar. El sistema requiere tecnología de "supervivencia nocturna lunar" para soportar el frío extremo, además de calefacción, generación de energía, almacenamiento de energía y capacidades de comunicación para la "observación nocturna continua".

Por qué es necesaria la observación lunar

Limitaciones de la observación terrestre

Las ondas de radio de baja frecuencia en el rango de decenas de MHz son reflejadas por la ionosfera terrestre, haciendo la observación desde tierra extremadamente difícil. Además, el entorno terrestre está saturado de ondas de radio artificiales de televisores, radios y teléfonos móviles, un entorno inadecuado para detectar señales cósmicas débiles.

Ventajas del lado oculto de la Luna

El lado oculto de la Luna es una "zona de silencio radioeléctrico" donde la Tierra nunca es visible. La propia Luna actúa como un escudo masivo que bloquea las ondas de radio artificiales de la Tierra. Se dice que es el lugar con mayor silencio radioeléctrico de todo el sistema solar. La Luna no tiene atmósfera ni ionosfera, permitiendo la recepción directa de ondas de radio en todas las longitudes de onda.

Hoja de ruta de desarrollo

Década de 2020: prototipo "LOPTA"

El primer prototipo, "LOPTA", es la Antena Prototipo de TSUKUYOMI. Su propósito es la demostración tecnológica para la observación de radio cósmica en la superficie lunar.

Principios de la década de 2030: demostración del sistema de antenas autónomas

La siguiente fase busca demostrar un sistema de antenas autónomas capaz de sobrevivir las noches lunares y realizar observaciones nocturnas continuas.

Finales de la década de 2030: construcción del conjunto de observación completo

El objetivo final es desplegar más de 10 antenas autónomas en la superficie lunar para lograr observaciones como radiotelescopio e interferómetro lunar.

Comparación con proyectos globales de radiotelescopios lunares

Estados Unidos: concepto NASA LCRT

La NASA avanza en el concepto "Lunar Crater Radio Telescope (LCRT)". La idea implica extender una malla de alambre dentro de un cráter lunar para construir un radiotelescopio de aproximadamente 1 km de diámetro, con la construcción realizada por robots.

China: Proyecto Hongmeng y otros

China persigue activamente la radioastronomía lunar. El satélite de retransmisión Queqiao lanzado con Chang'e 4 en 2018 lleva instrumentos de observación de radio de baja frecuencia. China también ha anunciado planes para construir un conjunto de radiotelescopios de 30 km de escala con 7.200 antenas en forma de mariposa en el lado oculto de la Luna.

Esfuerzos internacionales de protección del entorno radioeléctrico

Para proteger el valor de los observatorios de radio lunares, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) ha establecido recomendaciones para la protección del entorno radioeléctrico en la Zona Protegida de la Luna.

Significado científico y resultados esperados

Si tiene éxito, el proyecto TSUKUYOMI permitirá a la humanidad "observar directamente" la Edad Oscura Cósmica por primera vez. Los resultados científicos esperados incluyen la elucidación de la distribución de la materia en el universo primitivo, nuevos conocimientos sobre las propiedades de la materia oscura y la verificación de precisión de los modelos cosmológicos.

El profesor Tohru Yamada del ISAS de JAXA explica: "En términos de ver directamente la distribución de la materia, la Edad Oscura puede llamarse la primera página de la historia cósmica. Un observatorio lunar que pueda contemplar el inicio de la historia cósmica desde el lado oculto o las regiones polares de la Luna, el puesto avanzado de la humanidad hacia el cosmos, está verdaderamente lleno de romanticismo."

En Japón, estos desafíos hacia la nueva ciencia espacial utilizando la superficie lunar continúan avanzando. ¿Qué iniciativas existen en tu país respecto a la exploración lunar y la astronomía espacial? Nos encantaría conocer tus opiniones sobre el concepto de un observatorio lunar, ¡comparte tu perspectiva!

Referencias