Ci sono molte ragioni per cui la NASA sta perseguendo la missione Artemis per far sbarcare gli astronauti sulla luna entro il 2024:è un modo cruciale per studiare la luna stessa e per aprire un percorso sicuro verso Marte. Ma è anche un ottimo posto per saperne di più sulla protezione della Terra, che è solo una parte del più grande sistema Sole-Terra.

Anche gli eliofisici, scienziati che studiano il Sole e la sua influenza sulla Terra, invieranno le proprie missioni della NASA come parte di Artemis. Il loro obiettivo è comprendere meglio il complesso ambiente spaziale che circonda il nostro pianeta, gran parte del quale è guidato dal nostro Sole. Più comprendiamo quel sistema, più possiamo proteggere la tecnologia spaziale, comunicazioni radio, e reti elettriche dall'ira della nostra stella più vicina.

Ecco cinque ragioni per cui gli eliofisici sono al settimo cielo riguardo alle opportunità lunari.

1. È un satellite fisso

Il primo vantaggio della scienza basata sulla luna riguarda il jitter satellitare, che sconcerta gli scienziati spaziali di ogni genere.

I satelliti sono più traballanti di quanto si possa pensare. Sono fatti di metalli che si espandono e si contraggono con i cambiamenti di temperatura. Portano telescopi che ruotano costantemente per rimanere puntati sui bersagli. Lanciano booster e fanno girare le ruote di reazione per rimanere in orbita. Ognuna di queste manovre provoca jitter, che possono eliminare misurazioni che richiedono precisione.

Ma la luna, l'unico satellite naturale della Terra, è un viaggio molto più fluido.

"La luna è un bel posto stabile, non trema o trema come un'astronave, " ha detto David Sibeck, un eliofisico presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "Chiunque cerchi di eseguire misurazioni ad alta risoluzione sarà felice di non doversi preoccupare del jitter".

Un ambiente privo di jitter è un vantaggio per tutte le scienze spaziali, ma ci sono dei bonus aggiuntivi per gli eliofisici che studiano l'aurora. Con una media di 238, 855 miglia dalla Terra, la luna ha una splendida vista dell'aurora terrestre quando si spostano verso l'equatore durante grandi tempeste geomagnetiche. Inoltre, poiché lo stesso lato della luna è sempre rivolto verso la Terra, i telescopi non hanno bisogno di essere regolati così tanto. Piantali sulla sua superficie, e la luna li tiene puntati per te.

2. Visualizzazione Prime Eclipse, Su richiesta

Molto prima dell'era spaziale, gli scienziati hanno fatto affidamento sulla luna per aiutarli a studiare il Sole. I pazienti osservatori aspettavano le eclissi solari totali, quando la luna blocca la superficie luminosa del sole. Solo allora potevano vedere la sua tenue atmosfera esterna, noto come corona.

Ma le attese potrebbero essere lunghe. Un'eclissi solare totale si verifica da qualche parte sulla Terra una volta ogni 18 mesi. Per ogni luogo specifico, è più come una volta ogni quattro secoli.

"Otteniamo risultati fantastici dalle eclissi, " ha detto John Cooper, un eliofisico a Goddard. "Ma non li riceviamo tutti i giorni."

Ma un telescopio per guardare il sole, nel giusto tipo di orbita intorno alla luna, potrebbe generare eclissi "on demand". Invece di aspettare che la luna si sposti lungo la linea di vista del tuo telescopio, Cooper spiega, muovi il tuo campo visivo dietro la luna.

"Fondamentalmente stai usando il filo del coltello dell'arto lunare contro il buio profondo, cielo nero, " disse Cooper. Poiché la luna non ha un'atmosfera che distorca l'immagine attraverso cui guardare, le misurazioni sarebbero ancora più nitide di quelle effettuate sulla Terra.

Dalla sua orbita ravvicinata, un telescopio del genere non genererebbe eclissi solari totali:studierebbe una parte del lembo del Sole alla volta. Ma Cooper stima che potresti vedere entrambi i rami orientali e occidentali del Sole una volta che ogni orbita:due viste ad alta risoluzione, ogni singolo giorno.

3. È al di fuori del campo magnetico terrestre

La meteorologia spaziale è una parte dell'eliofisica in cui la scienza pura trova applicazione in tempo reale. Gli scienziati della meteorologia spaziale studiano il Sole, compreso il suo flusso costante di vento solare, e il loro impatto sulla Terra. Questi ricercatori applicati devono ottenere la fisica fondamentale per mantenere al sicuro le nostre preziose comunicazioni e i satelliti GPS. Ma determinare se un satellite è in pericolo può essere complicato.

La sicurezza di un satellite dipende, in parte, se si trova all'interno o all'esterno della magnetopausa terrestre. La magnetopausa è una mutevole terra di nessuno dove finisce lo scudo magnetico terrestre e inizia il pieno peso del tempo spaziale. Dentro, sei in gran parte al sicuro. Al di fuori, tu non sei.

Ma in questo momento, l'unico modo per sapere dov'è quel confine, è volare attraverso di essa.

"A volte c'è un'oscillazione nei dati, e puoi vedere il confine che ti ha attraversato, " disse Sibeck. "A volte si vedono dieci ondeggiamenti."

Ma c'è un altro modo per trovare la magnetopausa se riesci ad andare abbastanza lontano dallo scudo magnetico terrestre. Quando il vento solare colpisce l'atmosfera terrestre appena fuori dalla magnetopausa, emette raggi X. Un telescopio a raggi X posizionato correttamente potrebbe catturare quella luce e tracciare la posizione della magnetopausa.

Ecco perché Sibeck fa parte di una squadra, guidato dallo scienziato spaziale Brian Walsh della Boston University, cioè mettere un telescopio a raggi X sulla luna.

"Nessuno ha scattato queste foto globali, e la luna ha un buon punto di osservazione al di fuori del campo magnetico terrestre, " disse Sibeck.

L'imager eliosferico a raggi X dell'ambiente lunare, o missione LEXI, sarà piantato sulla superficie lunare per prendere tempo reale, quadri globali della magnetopausa. Il 1 luglio, 2019, La NASA ha annunciato che LEXI sarà tra i primi payload lunari a prendere parte alla missione Artemis. Si aspettano di essere sulla superficie lunare entro il 2022.

LEXI è lungo poco più di un metro, ma la superficie lunare può ospitare telescopi a raggi X molto più grandi. Questa è una buona notizia, perché i raggi X sono difficili da mettere a fuoco; telescopi più lunghi ottengono immagini a risoluzione molto più elevata. Il requisito di essere grandi ha posto un problema; alcuni satelliti non sono abbastanza grandi per trasportarli. "Ma sulla luna, le cose possono essere davvero grandi, " disse Sibeck.

4. Puoi scavare nella storia del sole

La risposta ad alcune domande in eliofisica giacciono sepolte sulla luna stessa.

"La luna è come una capsula del tempo, " ha detto Steve Clarke, Vice amministratore associato per l'esplorazione alla NASA. "Poiché si è formato contemporaneamente alla Terra, ha la storia del sistema solare sulla sua superficie."

Durante il suo primo miliardo di anni, il Sole probabilmente ruotava più velocemente di oggi, sparando un volume maggiore di eruzioni solari ed elettrizzando lo stesso spazio che ha formato i pianeti. Ma per sapere con certezza com'era quel primo miliardo di anni, abbiamo bisogno di prove per cose che sono successe a lungo, molto tempo fa.

La luna, che non ha atmosfera, niente acqua liquida, e nessuna tettonica a zolle, fornisce solo un simile record storico. Le eruzioni solari di miliardi di anni fa lasciano tracce indisturbate nella polvere lunare.

Un recente articolo ha esaminato la polvere lunare per studiare la quantità di sostanze volatili, elementi come sodio e potassio, con punti di ebollizione bassi, che sono rimasti nei campioni lunari. Questi volatili vengono espulsi dalla luna quando le particelle solari energetiche colpiscono la superficie lunare. Osservando quanti di questi elementi si sono esauriti nel tempo, gli scienziati hanno visto il primo miliardo di anni del nostro Sole in un contesto più ampio. Anche se prima girava più veloce di oggi, rispetto ad altri era ancora un "rotatore lento, " ruotano più lentamente del 50% di stelle simili e eruttano molto meno spesso di quanto avrebbe potuto.

"Poteva essere un ambiente molto più duro, " disse Prabal Saxena, autore principale dello studio e astronomo a Goddard.

C'è ancora più storia antica da imparare dalla polvere lunare. La luna non ha un campo magnetico globale, ma potrebbe averne avuto uno in passato. Campioni dai poli della luna, dove l'imminente missione Artemis prevede di atterrare, potrebbe mostrare se un campo magnetico storico ha cambiato il modello di volatili lasciati indietro.

5. È un banco di prova per Marte

Per i futuri astronauti sulla luna e su Marte, il tempo spaziale richiederà un'attenzione costante. Il Sole offre molte cose di cui preoccuparsi e viaggia veloce.

Sulla Luna, La luce dei raggi X dei brillamenti solari raggiunge la superficie entro otto minuti. Espulsioni di massa coronale:gigantesche nuvole di caldo, particelle cariche:possono raggiungerlo in un giorno. Particelle energetiche solari, o SEP, sono più rari ma anche più veloci e pericolosi.

"I settembre arrivano alle 10, 20% la velocità della luce, raggiungerci entro un'ora, "ha detto Karin Muglach, un fisico solare allo Space Weather Lab di Goddard. "Queste cose sono come proiettili."

Perché la luna è a solo un secondo luce di distanza, i sistemi di allarme sulla Terra dovrebbero servire abbastanza bene da proteggere gli astronauti sulla luna. "Ma se vai su Marte, la comunicazione può essere molto ritardata, " disse Muglach.

Testare tali sistemi di protezione nelle vicinanze è uno dei motivi per cui la NASA sta andando sulla luna prima di andare su Marte.

Verso la luna e oltre

Mentre la NASA avanza verso la luna e su Marte, abbondano nuove opportunità per conoscere la connessione Sole-Terra. Ma non è solo scienza di base. L'influenza del Sole riempie lo spazio intorno a noi, lo stesso spazio che i futuri astronauti dovranno navigare e comprendere.

"Non tutte le scienze possono avere quell'aspetto veramente pratico, " ha detto Jim Spann, capo scienziato meteorologico spaziale presso la sede della NASA a Washington, D.C. "Penso che sia piuttosto bello."