Il 21-22 marzo 2024 si è svolto a Torino il 1st IAA Moon Farside Protection Symposium, ideato per sensibilizzare e coinvolgere apertamente la comunità scientifica, politica e industriale mondiale sulla necessità di preservare il silenzio radio nel Farside lunare, il lato nascosto della nostra Luna, a frequenze rilevanti per la scienza.

Abbiamo parlato delle sfide che si dovranno affrontare per la protezione del Farside lunare, delle prospettive future e dell’interesse scientifico per i diversi siti lunari, con uno dei relatori dell’evento: Richard Green.

Astronomo americano e vicedirettore per le relazioni governative presso lo Steward Observatory, il dottor Green è stato direttore del Kitt Peak National Observatory e poi del Large Binocular Telescope presso il Mount Graham International Observatory, nel sud-est dell’Arizona. Il suo principale interesse di ricerca è nell’area delle galassie attive e dei quasar. Attualmente il dottor Green è direttore ad interim dell’IAU Centre for the Protection of the Dark and Quiet Sky from Satellite Constellation Interference (CPS) e presiede l’IAU Working Group on Astronomy on the Moon.

In che modo l’International Astronomical Union è coinvolta nella protezione del lato nascosto della Luna?

Siamo una delle numerose organizzazioni non governative che stanno cercando di creare un quadro di riferimento per le attività che possono essere svolte sulla Luna, senza interferire l’una con l’altra. I gruppi a cui siamo associati, che comprendono l’IAA, l’IAF e altri, sono interessati in particolare ad avere siti indisturbati per uso scientifico.

L’IAU sta introducendo la prospettiva astronomica. I nostri metodi sono un po’ diversi da quelli per esempio del COSPAR (COmmittee on SPace Research), che è molto interessato alla protezione del pianeta, alla possibilità di avere dei siti che non abbiano avuto la presenza dell’umanità, in modo da poter esaminare la storia dell’arricchimento dell’acqua sulla Luna, la presenza di eventuali microbi e lo sviluppo della geologia lunare, e via dicendo.

Si tratta di un’attività molto diversa. Gli astronomi vogliono usare la Luna, e in particolare il suo lato estremo, come piattaforma per collocare strumenti di osservazione che funzionino in un modo che non è possibile in nessun altro luogo del Sistema Solare interno, né sulla Terra né in orbita.

L’IAU sta facendo in modo di portare questa prospettiva in una discussione più ampia, e mi è stato chiesto di presiedere il Working Group on Astronomy on the Moon per conto dell’IAU. Ho quindi invitato una serie di astronomi (a livello mondiale) che sono i PI (Principal Investigators) di progetti molto specifici da portare avanti sulla Luna. Ho incluso persone chiamate Spectrum Managers, che lavorano attraverso una organizzazione dell’ONU per assegnare le frequenze e assicurarsi che gli altri usi dello spettro radio siano protetti per il loro uso individuale.

Abbiamo anche una serie di esperti di diritto e politica spaziale, che ci aiuteranno ad elaborare un linguaggio di discussione che possa essere un quadro di riferimento per la collaborazione e la cooperazione, in modo che i minatori possano utilizzare i loro siti, che gli esseri umani possano essere presenti e i siti astronomici possano essere come le cime remote delle montagne sulla Terra: lasciati in pace allo scopo di effettuare le osservazioni.

Cosa significa, a livello pratico, proteggere certe frequenze radio? Esiste già una vera e propria normativa sulla protezione del Farside lunare?

Si tratta di un problema impegnativo, sia dal punto di vista tecnico che da quello normativo. Quasi tutta l’assegnazione delle frequenze sulla Terra e nell’orbita terrestre passa attraverso l’International Telecommunication Union (ITU), che è un’organizzazione internazionale che fa capo alle Nazioni Unite e che le ha precedute di circa 75 anni, stabilendo il quadro di riferimento per le trasmissioni consentite, le frequenze che possono essere utilizzate per quali scopi e le frequenze che devono essere mantenute libere per la radioastronomia sulla Terra.

Tradizionalmente, quindi, si prevede che l’ITU sia l’organismo che proteggerà e controllerà le frequenze e ha fondamentalmente il potere di un trattato internazionale, che poi ogni quattro anni si riunisce a livello internazionale e lo elabora con nuovi dettagli, in base all’evoluzione della tecnologia radio.

Esiste già un trattato che dice che la zona schermata del Farside lunare, che è protetta dal rumore proveniente dalla Terra, deve essere protetta per la radioastronomia. Quindi, in linea di principio, questo è già stato fatto. La domanda è: come si fa a metterlo in pratica? Ed è qui che la questione si complica.

Parte del problema è parallelo a quello che abbiamo sulla Terra. In particolare, un tempo esistevano zone di silenzio radio in cui le trasmissioni terrestri erano molto limitate, in modo che l’interferenza radio fosse bassa, perché si trovavano in un sito remoto e avevano una protezione legale per limitare le trasmissioni intorno a loro.

Ora che le telecomunicazioni si sono spostate nello spazio, e ci sono costellazioni di satelliti che trasmettono attraverso downlink alle stazioni o ai telefoni cellulari, tutto questo è andato in fumo. Ora stiamo cercando di capire come sia possibile proteggere i radiotelescopi dall’alto, perché questo aspetto non è ancora contemplato nel quadro internazionale.

Ora si passa alla Luna. Non c’è scritto da nessuna parte che sia l’ITU, nei suoi abituali compiti, a regolamentare questo aspetto, ma tutti danno per scontato che questi siano gli esperti di radiofrequenze e che quindi l’ITU stia già iniziando ad occuparsi di questa attività.

Quindi, cosa stanno facendo? In qualsiasi scenario ragionevole in cui ci siano attività sulla superficie lunare, devono collegarsi a un satellite per accedere e scambiare dati, comunicazioni, telefonate: devono salire e poi trasmetterli verso la Terra, quindi non c’è dubbio che ci sarà una piccola rete di satelliti di comunicazione in orbita.

Se queste norme non saranno completamente rispettate, sarà ancora possibile fare scienza dalla Luna?

Ci sono molti tipi di scienza che potrebbero essere svolti in modo unico in una zona di silenzio radio, rispetto a ciò che si può fare sulla Terra. Ma uno dei più significativi si svolge a frequenze radio molto basse.

In effetti, questo intervallo ci permette di investigare le Dark Ages dell’Universo, i Secoli Bui, prima che le stelle e le galassie si formassero e irradiassero luce ottica. C’era solo gas neutro relativamente freddo e il modo in cui lo si rileva è nel radio, più comunemente attraverso questa transizione molto forte dell’atomo di idrogeno che arriva a 21 centimetri di lunghezza d’onda o a bassi Gigahertz a riposo. Se poi si effettua un redshift di un fattore 50, si scende nella gamma dei Megahertz: una frequenza molto, molto bassa.

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Ebbene, sulla Terra quella frequenza/lunghezza d’onda è l’apertura della porta del garage, tutte le trasmissioni VHF, e quindi la Terra è estremamente rumorosa.

È per questo che si sta cercando sulla Luna un luogo schermato dove effettuare questi studi molto sensibili, perché il segnale che si sta cercando è circa una parte su un milione rispetto alla radiazione naturale della nostra Galassia, per esempio. Quindi, per cominciare, hanno bisogno di un luogo molto silenzioso dal punto di vista radio.

Inoltre, in questa gamma di radiofrequenze, si scopre che l’emissione della magnetosfera planetaria e tutte le emissioni di plasma sono anch’esse nell’ordine dei Megahertz (centinaia di kilohertz). Quindi, con un array abbastanza grande in un luogo molto tranquillo, è possibile rilevare l’attività magnetica degli esopianeti. Questa è la massima aspirazione.

Cosa interferisce con questo? Si è scoperto che non si tratta di emissioni leggermente fuori banda provenienti dalle comunicazioni radio, che sono tutte nella gamma dei Gigahertz, forse decine di Gigahertz. Quello che succede laggiù è che, se non si realizzano circuiti elettronici squisitamente schermati, se si hanno motori elettrici rumorosi, il loro rumore naturale esce nella gamma dei Megahertz. C’è un array radio a bassa frequenza nell’Australia occidentale, che è uno dei luoghi più silenziosi della Terra, che ha rilevato il passaggio dei satelliti Starlink nella gamma dei Megahertz, perché non erano tenuti ad avere alcuna schermatura particolare per i motori che fanno girare i loro array solari e regolano i loro circuiti di elaborazione a bordo.

Quindi, ci saranno due fonti di questo tipo di rumore che influenzeranno la radioastronomia sul Farside. Una è rappresentata dai satelliti che passano sopra le nostre teste. Poiché lo scopo di questi satelliti è la telecomunicazione, siamo ottimisti (ma non certi) che l’ITU si occuperà di questo aspetto e arriverà a regolamentare le radiazioni radio indesiderate sui satelliti, indipendentemente dalla loro fonte.

Poi abbiamo un problema di gran lunga più impegnativo: i motori che alimentano i rover lunari e i circuiti che assicurano il riscaldamento negli alloggi degli astronauti, tutta la normale elettronica con il suo rumore. È più difficile immaginare che l’ITU voglia occuparsi anche di questo.

Finora, l’aspirazione per lo studio dell’Universo primordiale alla sensibilità e alla risoluzione angolare che si desidera, se davvero realizzeremo nel corso di mezzo secolo o giù di lì quel tipo di progetto per la Luna, si basa sulla necessità di una strumentazione con una zona piana (relativamente piatta) di almeno 100 chilometri di diametro, se non 200, affinché il rumore sia limitato a scale angolari molto piccole.

Nella zona schermata sulla Luna ci sono solo circa tre zone piane di questo tipo: sono quindi solo tre luoghi in cui si potrebbe effettivamente realizzare un osservatorio radio. È per questo che stiamo lavorando con tutti questi altri gruppi, per cercare di definire come si possa rivendicare e proteggere una certa zona, in modo che gli astronomi possano pretendere di avere questo radiotelescopio proprio lì.

Ma, per quello che abbiamo appena detto, è chiaro che non si può nemmeno avere una miniera proprio accanto. Quindi non solo avremo bisogno di proteggere quest’area pianeggiante piuttosto grande. Ma poi, sulla base di diverse tipologie di calcolo, dovremo avere attorno una buffer zone, all’interno della quale non si possono avere macchinari sulla superficie lunare, perché il rumore a bassa frequenza si propagherà ai lobi laterali del gruppo di antenne.

Il nostro obiettivo è quindi quello di capire come definire questi luoghi, per ottenere accordi internazionali che stabiliscano che quello è un sito di radioastronomia e che ha una buffer zone grande quanto il sito che si vuole preservare, in modo da poter fare questo tipo unico di osservazioni.

Ci sono progetti di ricerca scientifica già sostenuti qui sulla Terra che saranno ripetuti anche sulla Luna? O si tratterà solo di progetti innovativi?

In generale, la mia risposta alla sua domanda è che ogni progetto astronomico di successo realizzato nello spazio ha avuto un precursore a Terra: è così che si comincia, ed è così che si capisce qual è il limite di ciò che si può fare.

In ogni caso, ci sono tre tipi di progetti astronomici che possono essere realizzati dalla Luna e che possono essere realizzati anche a Terra (anche se non totalmente). Per quanto riguarda quello di cui abbiamo appena parlato, la radioastronomia a bassa frequenza, esistono già due array di questo tipo in località remote, uno nell’Australia occidentale e uno nella costa settentrionale del Sudafrica. Stanno facendo delle prove, stanno imparando quali sono i limiti della loro sensibilità. Si tratta quindi di un precursore molto forte, che costituisce la base su cui effettuare i calcoli di sensibilità.

Un’altra parte interessante della scienza che si vuole fare dalla Luna, che non deve necessariamente andare nella zona schermata, è il rilevamento delle onde gravitazionali, perché la Luna è molto più tranquilla dal punto di vista sismico rispetto alla Terra, anche con un po’ di attività umana su di essa.

Ci sono due tipi di rivelatori che stanno esplorando ciò, e che possono ottenere informazioni complementari. Uno è dello stesso tipo di LIGO, con il quale si sfrutta il metodo dell’interferometria: fasci di luce interferenti che indicano gli spostamenti delle gambe dell’array quando le onde passano. E la Luna è davvero migliore, per due motivi: uno è che il vuoto, solo sulla superficie della Luna, è già quasi un ordine di grandezza migliore di quello ottenuto nei tunnel LIGO o Virgo, quindi è un luogo naturale per farlo.

Inoltre, l’importanza dell’ambiente sismico più silenzioso è che si può andare a frequenze più basse rispetto a quanto si può fare sulla Terra. In questo modo, sulla Luna saremmo in una posizione intermedia tra Virgo/LIGO a Terra e Lisa nello spazio, e potremmo riempire una gamma di frequenze che questi due sistemi non coprono con alcuna sensibilità.

Si tratta di una gamma interessante, perché consente di rilevare fusioni di buchi neri primordiali: una scienza che si colloca in questa gamma di frequenze intermedie.

C’è poi la scienza esoplanetaria. Si vuole trovare un luogo freddo e collocare un array di sei metri e mezzo con un coronografo, al fine di distinguere i pianeti dai loro ospiti. La messa in fase di questi telescopi a infrarossi è molto più facile sulla Luna che a Terra. Non si deve lottare con i problemi di stabilità dell’atmosfera, ad esempio.

Per questo, l’ideale potrebbe essere un posto vicino al Polo Sud lunare, perché si ha una visione quasi ininterrotta. In questo modo si può seguire la luce riflettente e poi ottenere la luce trasmessa dell’eclissi di un pianeta, cosa che è davvero difficile da seguire sulla Terra, dove ci sono 8 ore di accensione e 16 di spegnimento; è molto più impegnativo per l’area di raccolta limitata e la risoluzione angolare limitata.

Quali sono i principali progetti che state sviluppando con l’International Astronomical Union Working Group on Astronomy on the Moon, per fare scienza sul Farside lunare?

Uno dei nostri PI, che è un membro molto attivo del nostro gruppo, aveva uno strumento sul lander appena atterrato con Intuitive Machines: ROLSES. Si trattava di un radiotelescopio a bassa frequenza, abbastanza piccolo da poter osservare la rifrazione delle onde a bassa frequenza.

Ma ci sono già molti prototipi in corso. Abbiamo un ricercatore cinese che sta lavorando sodo per mettere in orbita una catena di microsat che rilevano le onde gravitazionali. Quello di cui abbiamo parlato per il rilevatore di onde gravitazionali è un membro chiave del team LIGO e sta lavorando alla prossima generazione di strumenti di rilevamento delle onde gravitazionali.

Poi c’è Roger Angel, che ha già discusso con Elon Musk per il lancio di una serie di specchi di sei metri e mezzo… Quindi, tutti stanno portando avanti qualche aspetto della realizzazione pratica.

Quanto tempo pensa che ci vorrà per vedere alcuni di questi progetti principali sulla Luna?

Non sono un responsabile tecnico di nessuno di questi progetti, e al momento siamo nella fase in cui stanno solo cercando di capire come far atterrare il loro carico utile e farlo funzionare, quindi sappiamo che (almeno per il momento) si tratta di una fase più… esplorativa.

Comunque, direi che su una scala temporale di dieci anni assisteremo a prototipi sperimentali veri e propri. Ed è su questa scala temporale che sarebbe molto utile avere l’inizio di un quadro geopolitico.

Ma noi siamo scienziati. E anche il mondo commerciale, i governi e le agenzie spaziali sono molto impegnati in questa corsa. Per questo motivo, ha un reale potenziale di conflitto anche a livello internazionale. Ad esempio, gli esploratori di miniere appartengono a Paesi diversi e, in caso di conflitto, non potrebbero andare d’accordo per coprire lo stesso sito. Quindi, per tutta una serie di ragioni geopolitiche, credo che sia difficile aspirare ad avere delle regole in pochi anni. Abbiamo bisogno di una scala temporale di 10 anni, o qualcosa del genere.

Il mese scorso ho trascorso due settimane a Vienna presso la sottocommissione scientifica e tecnica delle Nazioni Unite della Commissione per gli usi pacifici dello spazio esterno. Sono rimasto sorpreso dalla delegazione rumena, guidata da un ex cosmonauta, che ha avanzato la proposta di istituire un gruppo sotto l’egida delle Nazioni Unite per iniziare a parlare di questi temi, per sviluppare un trattato che permetta alle persone di rivendicare un sito e di proteggerlo da altri usi.

In sole due ore si sono accordati su un documento abbastanza esteso per istituire un gruppo che iniziasse a esplorare le questioni, e Russia e Cina e Iran hanno tutti detto “Sì, va bene”. Non è ancora successo (pensiamo che sarà approvato alla riunione principale della Commissione a giugno), ma se così sarà, avremo effettivamente questo gruppo di esperti non governativi che parteciperà alle decisioni sulla protezione dei siti scientifici, che è proprio uno degli obiettivi del futuro team. Quindi sta andando più velocemente di quanto mi aspettassi.

Poi c’è l’ITU, che regolerà le frequenze radio… E quindi, sapete, tutta la nostra comunità sta lavorando in entrambe le direzioni.