A Lua está se tornando um destino popular para programas espaciais em todo o mundo, com planos ambiciosos para os próximos anos. A missão Artemis III da NASA pretende pousar os primeiros astronautas na superfície lunar até 2025, marcando um marco histórico desde o término da Era Apollo, há mais de cinquenta anos. Entre esses astronautas, destacam-se a primeira mulher e a primeira pessoa de cor a caminhar na Lua.
Além da NASA, diversas agências espaciais internacionais, em conformidade com os Acordos Artemis, planejam enviar suas próprias missões lunares. Isso inclui agências europeias, canadenses, japonesas e astronautas de várias nacionalidades, promovendo uma colaboração global na exploração lunar. Logo após, taikonautas (China), cosmonautas (Rússia) e vyomanautas (Índia) também realizarão pesquisas e explorações na Lua.
O potencial de ter instalações em órbita lunar, como a Artemis Base Camp e a International Lunar Research Station, é imenso. Esses locais permitirão uma ampla gama de pesquisas científicas impossíveis de serem realizadas na Terra ou em órbita terrestre. Entre essas pesquisas está a radioastronomia, que poderá ser conduzida sem a interferência terrestre no lado mais distante da Lua, oferecendo sensibilidade suficiente para detectar luz de períodos cosmológicos previamente inexplorados.
Um projeto pioneiro que exemplifica esse potencial é o Experimento de Eletromagnetismo na Superfície Lunar durante a Noite (LuSEE-Night), que está programado para ser lançado na Lua no próximo ano e passará os próximos 18 meses “escutando” o cosmos.
Durante muito tempo, os astrônomos enfrentaram a dificuldade de estudar um dos primeiros períodos na evolução cósmica conhecido como “Eras Escuras” do Universo. Esse período teve início aproximadamente 380.000 anos após o Big Bang, quando o Universo estava preenchido com hidrogênio neutro, a partir do qual as primeiras estrelas e galáxias começaram a se formar. Com o tempo, as primeiras estrelas (População III) se aglutinaram em galáxias, e sua radiação gradualmente ionizou o hidrogênio neutro, levando ao período conhecido como “Amanhecer Cósmico” (ou Época de Reionização), aproximadamente um bilhão de anos após o Big Bang.
Isso resultou no Universo tornando-se transparente à luz e, portanto, visível para nossos instrumentos atuais. No entanto, dado que as primeiras estrelas e galáxias se formaram durante as Eras Escuras, os astrônomos têm ansiado por estudar esse período para rastrear a evolução das estruturas cósmicas desde o início. Infelizmente, as únicas fontes de luz durante esse tempo eram a radiação remanescente do Big Bang, visível hoje como a Radiação Cósmica de Fundo (CMB), e fótons liberados à medida que os primeiros átomos de hidrogênio neutro se formavam e se estabilizavam em estados estáveis (conhecidos como recombinação e desacoplamento).
Essa luz é visível hoje apenas como a linha espectral criada por uma mudança no estado de energia do hidrogênio neutro, alternativamente conhecida como linha de 21 cm ou “linha do hidrogênio”. No entanto, essa linha não pode ser medida da Terra devido à absorção, refração e reflexão desses sinais de rádio pela atmosfera antes que os instrumentos terrestres possam detectá-los. Além disso, quaisquer sinais de rádio viajando por essa distância no espaço (e no tempo) seriam suprimidos por interferência de rádio causada por fontes terrestres, como dispositivos eletrônicos, torres de transmissão e satélites de comunicação.
Aqui entra a Lua com uma vantagem decisiva, atuando como um escudo que bloqueia as ondas de rádio vindas da Terra. No lado mais distante da Lua, as condições são de “silêncio de rádio” e livres de interferências de fontes terrestres, o que permitirá que antenas de rádio sensíveis detectem a radiação dessa época antiga. Além disso, as antenas de rádio poderão coletar dados durante as noites lunares, que duram duas semanas, quando as ondas de rádio do Sol não causariam interferência.
Com várias missões planejadas para a Lua nos próximos anos, foram feitas várias propostas para a construção de observatórios de rádio lunares. Como Kaja Rotermund, pesquisadora pós-doutoral no Laboratório Berkeley, declarou em um comunicado recente:
“Se você estiver no lado mais distante da Lua, terá um ambiente de rádio imaculado a partir do qual poderá tentar detectar esse sinal das Eras Escuras. LuSEE-Night é uma missão que mostra se podemos fazer esse tipo de observação de um local em que nunca estivemos e também em uma faixa de frequência que nunca fomos capazes de observar.”
O projeto LuSEE-Night é uma colaboração entre a NASA e o Departamento de Energia (DoE), com parceiros do Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), Brookhaven National Laboratory, UC Berkeley e University of Minnesota. A equipe do Berkeley Lab está atualmente construindo a antena do experimento, que ficará responsável por captar as ondas de rádio do espaço durante as Eras Escuras. O experimento está agendado para ser lançado na Lua até 2025, onde testará a tecnologia no ambiente lunar.
Embora os observatórios de rádio lunares apresentem muitas vantagens em relação às instalações terrestres, eles também enfrentarão desafios significativos devido às condições extremas na Lua. Entre esses desafios estão as temperaturas extremas entre o dia e a noite na região polar sul da Lua, que duram duas semanas consecutivas. Durante o dia lunar, as temperaturas podem atingir até 120°C antes de cair para -173°C durante a noite.
Outro desafio é a comunicação direta com o lado mais distante da Lua, que é impossível. Portanto, todos os dados devem ser enviados por meio de um satélite de retransmissão. Como afirmou Aritoki Suzuki, que lidera o projeto de antena para o Berkeley Lab:
“A engenharia necessária para pousar um instrumento científico no lado mais distante da Lua por si só já é uma grande realização. Se conseguirmos demonstrar que isso é possível – chegar lá, implantar e sobreviver à noite – isso pode abrir caminho para a comunidade e futuros experimentos.”
Para coletar as ondas de rádio do Universo antigo, o LuSEE-Night contará com dois pares de antenas que medem seis metros de ponta a ponta. As antenas são projetadas para serem enroladas para caber dentro de um revestimento de carga útil com apenas um metro em todos os lados. Uma vez na superfície lunar, o LuSEE-Night usará um “estabilizador” com molas para desenrolar as antenas na posição adequada. Para preparar o sistema para o transporte, a equipe do Berkeley Lab começou com simulações e modelos, depois desenvolveu um modelo em escala 1/100 do experimento e o testou no telhado de um dos edifícios do laboratório.
A equipe do Berkeley Lab também está construindo um suporte giratório que periodicamente girará as antenas para corrigir o ruído de rádio de outros planetas, galáxias e até variações causadas pelo regolito lunar sob o experimento. A equipe concluiu uma revisão técnica no verão passado e agora está trabalhando com o Laboratório de Ciências Espaciais da UC Berkeley para construir o modelo de voo que seguirá para a Lua. Eles esperam ter o subsistema de antenas concluído até janeiro de 2024 e integrado com seus outros componentes. O experimento completo será lançado em 2025 pela Firefly Aerospace como parte do programa de Serviços Comerciais de Carga Lunar da NASA.
Assim, à medida que nos aproximamos da próxima era de exploração lunar, a ciência e a pesquisa espacial avançam em direção a um futuro fascinante e cheio de descobertas no lado mais distante da Lua, onde o silêncio de rádio e a promessa de desvendar as Eras Escuras do Universo aguardam ansiosamente os esforços conjuntos da humanidade.
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