Una imagen de alta definición de la Tierra tomada por el orbitador lunar Kaguya de Japón en noviembre de 2007. Crédito: JAXA/NHK
Una nueva era de exploración lunar está en ascenso, con docenas de misiones lunares planificadas para la próxima década. Europa está a la vanguardia aquí, contribuyendo a la construcción de la estación lunar Gateway y la nave espacial Orion, destinada a llevar a los humanos de regreso a nuestro satélite natural, así como al desarrollo de su gran módulo de aterrizaje lunar logístico, conocido bajo el nombre de Argonaut. Dado que docenas de misiones operarán en la Luna y sus alrededores y deberán comunicarse entre sí y fijar sus posiciones independientemente de la Tierra, esta nueva era requerirá su propio tiempo.
Como resultado, las organizaciones espaciales comenzaron a pensar en cómo mantener el tiempo en la Luna. Habiendo comenzado con una reunión en el Centro de Tecnología ESTEC de la ESA en los Países Bajos en noviembre pasado, la discusión es parte de un esfuerzo más amplio para llegar a un entendimiento común.LunaNetarquitectura que cubre los servicios de comunicación y navegación lunares.
Impresión artística de un escenario de exploración lunar. Crédito: ESA–ATG
Arquitectura para la Exploración Lunar Conjunta
«LunaNet es un marco de estándares, protocolos y requisitos de interfaz mutuamente acordados para que futuras misiones lunares trabajen juntas, conceptualmente similar a lo que hemos hecho en la Tierra para el uso conjunto de[{» attribute=»»>GPS and Galileo,” explains Javier Ventura-Traveset, ESA’s Moonlight Navigation Manager, coordinating ESA contributions to LunaNet. “Now, in the lunar context, we have the opportunity to agree on our interoperability approach from the very beginning, before the systems are actually implemented.”
Timing is a crucial element, adds ESA navigation system engineer Pietro Giordano: “During this meeting at ESTEC, we agreed on the importance and urgency of defining a common lunar reference time, which is internationally accepted and towards which all lunar systems and users may refer to. A joint international effort is now being launched towards achieving this.”
On the 20th day of the Artemis I mission, Orion captures the Moon during its lunar flyby. The image was taken by a camera mounted on the European Service Module solar array wings, on December 5, 2022. Credit: NASA
Up until now, each new mission to the Moon is operated on its own timescale exported from Earth, with deep space antennas used to keep onboard chronometers synchronized with terrestrial time at the same time as they facilitate two-way communications. This way of working will not be sustainable however in the coming lunar environment.
Once complete, the Gateway station will be open to astronaut stays, resupplied through regular NASA Artemis launches, progressing to a human return to the lunar surface, culminating in a crewed base near the lunar south pole. Meanwhile, numerous uncrewed missions will also be in place – each Artemis mission alone will release numerous lunar CubeSats – and ESA will be putting down its Argonaut European Large Logistics Lander.
Artist’s impression of the lunar Gateway, a habitat, refueling, and research center for astronauts exploring our Moon as part of the Artemis program. Credit: NASA/Alberto Bertolin
These missions will not only be on or around the Moon at the same time, but they will often be interacting as well – potentially relaying communications for one another, performing joint observations or carrying out rendezvous operations.
Moonlight satellites on the way
“Looking ahead to lunar exploration of the future, ESA is developing through its Moonlight program a lunar communications and navigation service,” explains Wael-El Daly, system engineer for Moonlight. “This will allow missions to maintain links to and from Earth, and guide them on their way around the moon and on the surface, allowing them to focus on their core tasks. But also, Moonlight will need a shared common timescale in order to get missions linked up and to facilitate position fixes.”
ESA’s Moonlight initiative involves expanding satnav coverage and communication links to the Moon. The first stage involves demonstrating the use of current satnav signals around the Moon. This will be achieved with the Lunar Pathfinder satellite in 2024. The main challenge will be overcoming the limited geometry of satnav signals all coming from the same part of the sky, along with the low signal power. To overcome that limitation, the second stage, the core of the Moonlight system, will see dedicated lunar navigation satellites and lunar surface beacons providing additional ranging sources and extended coverage. Credit: ESA-K Oldenburg
And Moonlight will be joined in lunar orbit by an equivalent service sponsored by NASA – the Lunar Communications Relay and Navigation System. To maximize interoperability these two systems should employ the same timescale, along with the many other crewed and uncrewed missions they will support.
Fixing time to fix position
Jörg Hahn, ESA’s chief Galileo engineer and also advising on lunar time aspects comments: “Interoperability of time and geodetic reference frames has been successfully achieved here on Earth for Global Navigation Satellite Systems; all of today’s smartphones are able to make use of existing GNSS to compute a user position down to a meter or even decimeter level.
Picture of the far side of the Moon taken on flight day six of the Artemis I mission from the Orion spacecraft optical navigation camera. Credit: NASA
“The experience of this success can be re-used for the technical long-term lunar systems to come, even though stable timekeeping on the Moon will throw up its own unique challenges – such as taking into account the fact that time passes at a different rate there due to the Moon’s specific gravity and velocity effects.”
Setting global time
Accurate navigation demands rigorous timekeeping. This is because a satnav receiver determines its location by converting the times that multiple satellite signals take to reach it into measures of distance – multiplying time by the speed of light.
Your satnav receiver needs a minimum of four satellites in the sky, their onboard clocks synchronized and orbital positions monitored by global ground segments. It picks up signals from each satellite, which each incorporate a precise time stamp. By calculating the length of time it takes for each signal to reach your receiver, the receiver builds up a three-dimensional picture of your position – longitude, latitude, and altitude – relative to the satellites. Future receivers will be able to track Galileo satellites in addition to US and Russian navigation satellites, providing meter-scale positioning accuracy almost anywhere on or even off Earth: satnav is also heavily used by satellites. Credit: ESA
All the terrestrial satellite navigation systems, such as Europe’s Galileo or the United States’ GPS, run on their own distinct timing systems, but these possess fixed offsets relative to each other down to a few billionths of a second, and also to the UTC Universal Coordinated Time global standard.
The replacement for Greenwich Mean Time, UTC is part of all our daily lives: it is the timing used for Internet, banking, and aviation standards as well as precise scientific experiments, maintained by the Paris-based Bureau International de Poids et Mesures (BIPM).
Galileo is based on a worldwide time reference called Galileo System Time (GST), the standard for Europe’s satellite navigation system, kept close to UTC with an accuracy of 28 billionths of a second. Accurate timings enable accurate ranging for position and navigation services, and their dissemination is an important service in its own right. Credit: ESA
The BIPM computes UTC based on inputs from collections of atomic clocks maintained by institutions around the world, including ESA’s ESTEC technical center in Noordwijk, the Netherlands, and the ESOC mission control center in Darmstadt, Germany.
Designing lunar chronology
Among the current topics under debate is whether a single organization should similarly be responsible for setting and maintaining lunar time. And also, whether lunar time should be set on an independent basis on the Moon or kept synchronized with Earth.
A mosaic of the south pole of our Moon showing locations of major craters, with images taken by NASA’s Lunar Reconnaissance Orbiter. Credit: NASA/GSFC/Arizona State University
The international team working on the subject will face considerable technical issues. For example, clocks on the Moon run faster than their terrestrial equivalents – gaining around 56 microseconds or millionths of a second per day. Their exact rate depends on their position on the Moon, ticking differently on the lunar surface than from orbit.
“Of course, the agreed time system will also have to be practical for astronauts,” explains Bernhard Hufenbach, a member of the Moonlight Management Team from ESA’s Directorate of Human and Robotic Exploration. “This will be quite a challenge on a planetary surface where in the equatorial region each day is 29.5 days long, including freezing fortnight-long lunar nights, with the whole of Earth just a small blue circle in the dark sky. But having established a working time system for the Moon, we can go on to do the same for other planetary destinations.”
Finalmente, para trabajar bien en conjunto, la comunidad internacional también deberá acordar un «marco de referencia selenocéntrico» común, similar al papel que juega en la Tierra el marco de referencia terrestre internacional, que permita la medición consistente de distancias precisas entre puntos en nuestro planeta. . Los marcos de referencia personalizados correctamente son ingredientes esenciales de los sistemas GNSS actuales.
“A lo largo de la historia humana, la exploración ha sido en realidad un factor clave para mejorar los modelos de referencia geodésica y de tiempo”, agrega Javier. “Ciertamente, es un momento emocionante para hacer eso ahora para la Luna, trabajando para definir una escala de tiempo acordada internacionalmente y una referencia selenocéntrica común, que no solo garantizará la interoperabilidad entre los diferentes sistemas de navegación lunar, sino que también promoverá un gran número de oportunidades de investigación y aplicaciones en el espacio cislunar.
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¡Día Nacional del Espacio!
Viernes 3 de mayo de 2024: ¡Feliz Día Nacional del Espacio EE. UU.! Celebrado el primer viernes de mayo, el Día Nacional del Espacio celebra los logros y beneficios de la historia de los vuelos espaciales. Este día se utiliza ampliamente para promover la educación STEM (ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas) e inspirar a las personas sobre el cosmos.
Aquí, el cosmonauta de la Expedición 71 de la ISS, Nikolai Chub, levanta el pulgar durante un EVA reciente. Durante la caminata espacial de cuatro horas y 36 minutos de Chub el 25 de abril, él y su colega cosmonauta Oleg Kononenko desplegaron un sistema de comunicaciones por radar sintético e instalaron experimentos para monitorear la corrosión externa de la estación.
Amanecer desde el espacio
Jueves 2 de mayo de 2024: El sol alcanza su punto máximo a través de la delgada capa de la atmósfera de la Tierra, capturada aquí desde la Estación Espacial Internacional (ISS). La EEI tiene aproximadamente el tamaño de un campo de fútbol americano y se encuentra sobre el planeta en órbita terrestre baja, a una altitud promedio de 408 kilómetros (254 millas). Gracias a esta órbita, los astronautas a bordo de la estación espacial pueden presenciar un amanecer como el que aquí se muestra cada 45 minutos.
A medida que el sol sale detrás de nuestro planeta de origen en esta foto, la tenue luz de nuestra estrella se refleja en la nave espacial NG-20 Cygnus de Northrup Grumman atracada en la estación. Cygnus se lanzó a la ISS el 30 de enero y entregó más de 8.000 libras (3.600 kilogramos) de suministros y equipos de investigación.
Galaxia espiral barrada
Miércoles 1 de mayo de 2024: Una nueva imagen del Telescopio Espacial Hubble muestra la galaxia espiral barrada NGC 2217 (también conocida como AM 0619-271), girando en el espacio a 65 millones de años luz de distancia.
Llamadas galaxias «barradas» debido a la columna de luz que se extiende desde lados opuestos del centro galáctico, estas «barras» canalizan gas desde el disco de la galaxia hacia sus regiones medias. Estos gases pueden luego formar nuevas estrellas o servir como combustible para el agujero negro supermasivo de la galaxia. Según la NASANGC 2217 tiene aproximadamente el mismo tamaño que nuestra galaxia, la Vía Láctea, mide unos 100.000 años luz de diámetro y está situada en la constelación del Can Mayor.
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Una misión conjunta de telescopios de rayos X chinos y europeos llamada sonda einstein visualiza con éxito el universo en pantalla panorámica, con un diseño de telescopio que imita los ojos de una langosta.
La sonda Einstein, lanzada el 9 de enero a bordo de un cohete chino Gran Marcha, se encuentra actualmente en pruebas y calibración de sus instrumentos mientras orbita la Tierra a una altitud de 600 kilómetros (373 millas). Sus primeras observaciones fueron reveladas en un simposio en Beijing.
El problema de los rayos X es que tienen una energía tan alta que son difíciles de capturar con un detector estándar. Las lentes no funcionan porque los rayos X son demasiado potentes para refractarse fácilmente, y un rayo X que golpee un espejo de frente simplemente pasará a través de dicho espejo. La detección de rayos X sólo es posible cuando estos rayos inciden en una superficie reflectante en un ángulo bajo. Desde allí, los rayos pueden dirigirse a un detector de rayos X específico. Sin embargo, este mecanismo plantea un pequeño problema. Esto significa que un telescopio de rayos X generalmente sólo puede detectar rayos X en un campo de visión estrecho; fuera de este campo de visión, los rayos X incidirían en un ángulo demasiado grande.
Resulta que las langostas son la solución, es decir, la visión de la langosta. Además, los científicos retomaron esta idea básica a fines de la década de 1970, pero tomó décadas adaptarla con éxito para su uso en telescopios de rayos X en el espacio.
Los ojos humanos funcionan según el principio de refracción a través de una lente, llamada córnea. Las langostas, por el contrario, utilizan el reflejo. Sus ojos están formados por pequeños tubos dispuestos como poros cuadrados paralelos a la superficie de sus ojos, y cada tubo apunta en una dirección diferente. La luz ingresa a los tubos y se refleja de regreso a la retina. Mientras que la visión humana cubre un campo de unos 120 grados, las langostas tienen 180 grados de visión panorámica.
La visión de rayos X de ojo de langosta ya se ha implementado en misiones para estudiar el viento solar, en misiones interplanetarias y en una misión de demostración de tecnología llamada LEIA (Lobster Eye Imager for Astronomy) en 2022. Sin embargo, la sonda Einstein es la primera en Utilice la óptica de ojo de langosta en un telescopio espacial. Su Telescopio de Rayos X de Campo Amplio (WXT) toma prestado el diseño de un ojo de langosta, con cientos de miles de tubos dispuestos en 12 módulos colocados de manera que el WXT pueda cubrir un campo de visión de más de 3.600 grados cuadrados. , igual a una undécima parte del cielo, en un solo plano. En sólo tres órbitas, WXT puede obtener imágenes de todo el cielo en rayos X.
WXT busca cosas que suceden durante la noche: los llamados transitorios de rayos X, que a menudo son eventos aleatorios o únicos, como el brillo de una estrella o un agujero negro inactivo que se enciende repentinamente con actividad al ingerir una pequeña partícula de material. . También incluye fenómenos como la explosión de estrellas y la fusión de estrellas de neutrones que provocan ondas gravitacionales que reverberan por todo el cosmos. Por lo tanto, este amplio campo de visión debería permitir a WXT aumentar considerablemente nuestro conocimiento de estos transitorios.
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Para complementar la vista panorámica del WXT, la sonda Einstein también lleva un segundo telescopio, conocido como Telescopio de Seguimiento de Rayos X (FXT), que es un detector de rayos X más tradicional con un campo de visión más estrecho. FXT proporciona observaciones más detalladas y cercanas de todos los transitorios descubiertos por WXT.
Aunque todavía se encuentra en fase de pruebas, WXT en particular ya está demostrando su valía. El simposio de Beijing reveló que WXT detectó su primer transitorio de rayos X el 19 de febrero, un evento asociado con una larga explosión de rayos gamma producida por la destrucción de una estrella masiva. Desde entonces, WXT ha descubierto 141 transitorios más, incluidas 127 estrellas que desencadenan erupciones de rayos X.
FXT también ha estado ocupado durante este período de pruebas rastreando un transitorio de rayos X descubierto el 20 de marzo, nada menos que por WXT, así como tomando imágenes de varios objetos de rayos X bien conocidos, incluido un remanente de supernova llamado Puppis A y el gigante cúmulo globular Omega Centauri.
«Estoy encantada de ver las primeras observaciones de la sonda Einstein, que demuestran la capacidad de la misión para estudiar grandes áreas del cielo en rayos X y descubrir rápidamente nuevas fuentes celestes», dijo Carole Mundell, directora científica de la sonda Einstein europea. Agencia Espacial. en un declaración. «Estos primeros datos nos dan una visión tentadora del universo dinámico y de alta energía que pronto estará al alcance de nuestras comunidades científicas».
«Es sorprendente que, aunque los instrumentos aún no estaban completamente calibrados, ya pudimos hacer una observación de seguimiento crítica utilizando el instrumento FXT de un transitorio rápido de rayos X detectado por primera vez por WXT», añadió Erik Kuulkers. Es científico del proyecto de la sonda Einstein de la Agencia Espacial Europea. «Esto muestra de lo que será capaz la sonda Einstein durante su investigación».
Esta investigación durará inicialmente tres años y se espera que comience el próximo mes de junio, una vez que finalicen oficialmente las pruebas. Los datos publicados en el reciente simposio son un adelanto de lo que podemos esperar.
Einstein Probe es una colaboración no solo entre la Academia de Ciencias de China y la Agencia Espacial Europea, sino también entre el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) en Alemania y el Centro Nacional de Estudios Espaciales (CNES) en Francia. Sus descubrimientos proporcionarán un amplio catálogo de objetos para la próxima misión europea NewAthena (Advanced Telescope for High-Energy Astrophysics), actualmente en fase de estudio. Se espera que este instrumento sea el telescopio de rayos X más potente jamás construido y se lance alrededor de 2037.
Impresión artística de la vista a gran escala de FU~Ori. La imagen muestra los flujos producidos por la interacción entre los fuertes vientos estelares alimentados por la explosión y la envoltura residual a partir de la cual se formó la estrella. El viento estelar provoca un fuerte choque en la envoltura, y el gas CO arrastrado por el choque es lo que reveló el nuevo ALMA. Crédito: NSF/NRAO/S. Dagnello
ALMA Las observaciones de FU Orionis revelan cómo la acreción gravitacional de un flujo de gas pasado provoca un brillo repentino en estrellas jóvenes, arrojando luz sobre los procesos de formación de estrellas y planetas.
Un grupo inusual de estrellas en la constelación de Orión ha revelado sus secretos. FU Orionis, un sistema de estrellas dobles, atrajo por primera vez la atención de los astrónomos en 1936, cuando la estrella central de repente se volvió 1.000 veces más brillante de lo habitual. Este comportamiento, esperado en estrellas moribundas, nunca se había observado en una estrella joven como FU Orionis.
Este extraño fenómeno inspiró una nueva clasificación de estrellas que comparten el mismo nombre (FUo estrellas). Las estrellas FUor estallan repentinamente, alcanzando su brillo, antes de atenuarse nuevamente varios años después.
Ahora se entiende que este brillo se debe a que las estrellas absorben energía de su entorno a través de la acreción gravitacional, la fuerza principal que da forma a las estrellas y los planetas. Sin embargo, cómo y por qué sucede esto ha seguido siendo un misterio hasta ahora, gracias a que los astrónomos utilizan el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).
“FU Ori ha estado devorando materia durante casi 100 años para mantener su erupción. Finalmente hemos encontrado una respuesta a cómo estas estrellas jóvenes y brillantes reponen su masa”, dice Antonio Hales, subdirector del Centro Regional Norteamericano ALMA, científico del Observatorio Nacional de Radioastronomía y autor principal de la investigación, publicada el 29 de abril. . en el Revista de Astrofísica. «Por primera vez, tenemos evidencia de observación directa del material que alimenta las erupciones».
Acérquese al sistema binario FU Ori y al transmisor de acreción recientemente descubierto. Esta impresión artística muestra la serpentina recién descubierta alimentando constantemente la masa de la envoltura al sistema binario. Crédito: NSF/NRAO/S. Dagnello
Las observaciones de ALMA revelaron una larga y delgada corriente de monóxido de carbono cayendo sobre FU Orionis. Este gas no parecía contener suficiente combustible para sostener la explosión actual. En cambio, se cree que esta corriente de acreción es un remanente de una característica anterior, mucho más grande, que cayó en este joven sistema estelar.
«Es posible que la interacción con un flujo de gas más grande en el pasado haya hecho que el sistema sea inestable y haya provocado un aumento en el brillo», dice Hales.
Progresos en la comprensión de la formación estelar
Los astrónomos utilizaron varias configuraciones de antenas de ALMA para capturar los diferentes tipos de emisiones de FU Orionis y detectar flujos de masa en el sistema estelar. También combinaron nuevos métodos numéricos para modelar el flujo másico como una corriente de acreción y estimar sus propiedades.
«Comparamos la forma y la velocidad de la estructura observada con las que se esperaban de un rastro de gas entrante, y los números tenían sentido», dice Aashish Gupta, Ph.D. candidato al Observatorio Europeo Austral (ESO), y coautor de este trabajo, quien desarrolló los métodos utilizados para modelar el transmisor de acreción.
Acérquese al sistema binario FU Ori y al transmisor de acreción recientemente descubierto. Esta impresión artística muestra la serpentina recién descubierta alimentando constantemente la masa de la envoltura al sistema binario. Crédito: NSF/NRAO/S. Dagnello
“La gama de escalas angulares que podemos explorar con un solo instrumento es realmente notable. ALMA nos brinda una visión integral de la dinámica de la formación de estrellas y planetas, desde las grandes nubes moleculares en las que nacen cientos de estrellas hasta las escalas más familiares de los sistemas solares”, agrega Sebastián Pérez de la Universidad de Santiago de Chile (USACH) . ), director del Núcleo Milenio sobre Exoplanetas Jóvenes y sus Lunas (YEMS) en Chile, y coautor de esta investigación.
Estas observaciones también revelaron una lenta salida de monóxido de carbono de FU Orionis. Este gas no está asociado con la explosión más reciente. Más bien, es similar a los flujos observados alrededor de otros objetos protoestelares.
Hales añade: “Al comprender cómo se forman estas estrellas FUor en particular, confirmamos lo que sabemos sobre cómo se forman las diferentes estrellas y planetas. Creemos que todas las estrellas experimentan explosiones. Estas explosiones son importantes porque afectan la composición química de los discos de acreción alrededor de las estrellas nacientes y los planetas que eventualmente forman.
«Hemos estado estudiando FU Orionis desde las primeras observaciones de ALMA en 2012», añade Hales. Es fascinante tener finalmente respuestas.
Referencia: “Descubrimiento de una serpentina de acreción y un flujo lento de alto ángulo alrededor de FU Orionis” por AS Hales, A. Gupta, D. Ruíz-Rodríguez, JP Williams, S. Pérez, L. Cieza, C. González-Ruilova, JE Pineda, A. Santamaría-Miranda, J. Tobin, P. Weber, Z. Zhu y A. Zurlo, 29 de abril de 2024, La revista de astrofísica. DOI: 10.3847/1538-4357/ad31a1