去月球造一个比FAST还大的“锅”,可行吗?
发布时间:2020-04-17
出品:科普中国
制作:北京师范大学天文系宇宙之美科普团队
监制:中国科学院计算机网络信息中心

  近日,NASA喷气推进实验室工作的萨普塔实﹒班迪帕黑(Saptarshi Bandyopadhyay)向美国国家航空航天局(NASA)创新先进概念(NIAC)提交了一个新计划:月球环形山超长波望远镜项目,即,要在月球远端(月球背面)的环形山中设立一个直径1公里的射电望远镜。

  目前世界上最大的望远镜是坐落在中国贵州的直径500米的“天眼”FAST望远镜,如果月球环形山超长波望远镜建成,它的直径将比FAST要大一倍,接收面积就比FAST大了四倍。

  由于它要建在月球上,我们可以先送给它一个名字,“月眼”!

  

 

  图1.月球环形山射电望远镜示意图,图片来自NASA网站

  为什么要选择将望远镜建在月球上?

  选择在月球背面搭建望远镜主要基于两个因素:

  其一,月球本身是一个很好的物理屏障,能将来自地球电离层的无线电干扰/噪声,绕地球运行的卫星以及在月球夜晚期间太阳的无线电噪声隔离开来。要达到这个目的,这个望远镜必须建立在月球远端(即远离太阳和地球的月球背面)的环形山里。

  其二,与基于地球的望远镜以及绕地球轨道运行的空间望远镜相比,位于月球背面的超长波射电望远镜可以观察波长大于10米(即,低于30MHz的频率)的宇宙。

  由于这种超长波会被地球电离层反射,因此在地球上迄今无法观测,对这个波长下的宇宙人类还知之甚少。这个波长对应于宇宙早期的黑暗时代(Dark Ages),因此可以用来观测这个时期的21cm信号,(如图2所示)探索早期宇宙的物理性质,这也可能是在外太空探测地外文明的很好手段。

  

 

  图2.宇宙演化历史及对应的21厘米信号(Pritchard & Loeb 2012)

  将“月眼”放在月球分几步?

  提案中详细描述了月球车在落地后如何建立这个丝网望远镜系统。如图3所示。计划使用壁攀双轴车以适当的深度与直径比在陨石坑中部署壁厚1公里的丝网,以形成球冠反射器。

  首先,在月背找到直径3至5公里的合适的月球陨石坑;用航天器将望远镜和安装设备双轴车运至月球。

  其次,先将望远镜和双轴车绑定在一起,在下落过程中,望远镜和双轴车分离。望远镜在陨石坑(即环形山)中心位置着陆,而双轴车在陨石坑旁边着陆。这个双轴车是多用途的,既可以立起来像车一样行驶移动,又可以压低锚定,做起落架和升降机使用。

  着陆后,落在坑中的望远镜展开,部署导向线网。而双轴车则锚定,轴压低,然后和陨石坑内的导向线网连接。连接好后,就可以把展开的望远镜接收器吊起来,放到计算好的指定位置。

  最后,部署好接收器,再协调拉开并拉起起丝网球冠反射器,使其展开成为一个厚度约1公里的丝网,并使其深度-直径比达到合适的要求,测试其与接收器连接固定好,望远镜就安装完成了。

  如果这个项目能付诸实施,这个直径为1公里的月球环形山射电望远镜(LCRT)将成为目前全世界最大的全口径射电望远镜(不包括阵列望远镜)。

  

 

  图3.望远镜的着陆和安装过程,图片来自NASA网站

  这个计划会实施吗?

  在月球上建立望远镜来观测宇宙,理想很丰满,问题来了,这个计划靠谱吗?会不会被实施?

  我们需要先来了解一下创新先进概念计划(NIAC)。NIAC是NASA为了培育有远见的想法,通过突破创造全新的航空航天概念,同时让美国的创新者和企业家成为合作伙伴而创立的思想平台,这个平台欢迎各行各业的人提交提议,这也就意味着,任何人都可以给NIAC提交航天航空相关领域提议。

  这个平台的提议分为三期,在月球背面建立超长波望远镜这个提议位于第一期精选。精选提案还包括:空间捕获系统计划,与星际物体交会的动态轨道弹弓计划,天文药房,月球水提取,星际导航计划等诸多有意思的设想。大家如果有兴趣可以通过NASA网站查看https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/niac/。

  创新先进概念(NIAC)平台从各种非传统来源寻求新思路,研究创新的,技术上可靠的,先进的概念。这些概念有“改变”未来航空航天的可能性,但NIAC只是一个让设想可以发表的平台,绝大部分设想都不会成为真正实施的项目。

  月球环形山超长波望远镜设想可能永远也不会成为NASA的实际任务,但是,这种集思广益的平台形式非常值得我们借鉴,毕竟,前人无数的奇思妙想很多不也变成了现实吗?

  参考文献

  [1]https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/niac/

  [2] https://www.nasa.gov/directorates/spacetech/niac/2020_Phase_I_Phase_II/lunar_crater_radio_telescope/

  [3]Pritchard, Jonathan R.;Loeb, Abraham, Reports on Progress in Physics, Volume 75, Issue 8, id. 086901 (2012).

  

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