Cnbeta 07月28日 16:17
世界上第一台月球射电望远镜准备执行月球背面任务
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射电天文学家为规避地球上的无线电干扰,将历史性的首台射电望远镜部署至月球背面。该名为LuSEE-Night的任务,是蓝色幽灵2号着陆器的一部分,旨在监测0.1至50兆赫兹的低频无线电信号,以期揭示宇宙黑暗时代的秘密。月球的宁静环境为探测宇宙最微弱的信号提供了理想条件。LuSEE-Night项目集成了先进的接收系统和天线阵列,并配备了应对极端月球环境的防护和供能装置,预计将运行长达18个月,为人类理解宇宙提供宝贵数据。

🔭 **月球背面是射电天文学的理想观测地**:地球上的无线电信号充斥着广播、电视、卫星、手机以及各种电子设备产生的噪声,严重干扰了射电望远镜的观测。月球背面由于被月球自身遮挡,能够提供一个极其宁静的电磁环境,这对于捕捉宇宙中最微弱的无线电信号至关重要,是解决地球无线电污染问题的终极方案。

🚀 **LuSEE-Night任务的科学目标与技术实现**:LuSEE-Night任务旨在证明在月球背面远程设置和运行射电望远镜的可行性,并收集有意义的科学数据。该仪器将监测0.1至50兆赫兹的低频无线电信号,尤其关注中性氢红移21厘米谱线,这对研究宇宙黑暗时代(第一批恒星和星系形成之前)至关重要。设备采用了先进的4通道接收系统和螺旋天线阵列,并具备精确的指向和校准能力。

❄️ **应对月球极端环境的严苛设计**:月球环境对电子设备提出了严峻的挑战,尤其是长达14天的月夜低温(可达-173.15°C)。LuSEE-Night配备了防护罩以反射太阳热量,并使用大容量锂离子电池为加热器供电,确保电子设备在低温下正常运行。其太阳能供电系统和长寿命设计,也为长达18个月的持续观测提供了保障。

🌌 **为未来月球射电阵列奠定基础**:LuSEE-Night的成功部署和运行,将为未来在月球背面建立更大规模、更复杂的射电望远镜阵列铺平道路。这有望彻底改变我们对宇宙的认知,甚至可能使月球背面成为一个巨大的射电天文台,其规模远超地球上的任何设施。

射电天文学家喜欢宁静的环境,因此他们正在向月球发射具有历史意义的首台射电望远镜。为了屏蔽地球一侧的无线电信号,月球表面电磁学实验(LuSEE-Night)将在月球背面进行。

LuSEE-Night 位于蓝色幽灵 2 号着陆器顶部

射电天文学通过探索人眼无法触及的广阔电磁波谱彻底改变了我们对宇宙的理解。借助巨型射电望远镜,我们发现了脉冲星、类星体、射电星系、星际分子、超大质量黑洞以及宇宙大爆炸的微波回波。

不幸的是,聆听天体发出的声响并非易事,因为地球在无线电波方面并非一片宁静。更不用说地面上的广播和电视广播,甚至卫星信号,以及无处不在的手机信号。此外,还有汽车发动机的火花、微波炉的噪音、雷击、GPS信号、电离层的反射,甚至天线上的鸟粪,都会干扰信号。

天文学家尝试利用电子和数字滤波器来解决这个问题,并将望远镜安置在偏远地区,如英国的贡希利或美国、南非、澳大利亚和巴西受法律保护的无线电静默区,但这仍然不够好——尤其是在聆听相当于宇宙针掉落的现象时。

美国能源部布鲁克海文国家实验室、美国国家航空航天局、加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利实验室的科学家和工程师们并没有试图克服所有这些无线电噪声,而是决定搬到一个更安静的地方。

更安静的地方是月球的远端,月球的大部分重量为 7.34767309×10 19吨,可抵御地球无线电噪音。

第一步是 LuSEE-NIght 任务,其任务是证明可以在月球上远程设置和运行射电望远镜,并发回有意义的科学数据。


LuSEE-Night 示意图

LuSEE-Night 是商业萤火虫航天公司“蓝色幽灵 2 号”月球着陆器的一部分,该着陆器计划于今年年底或明年初发射升空。LuSEE-Night 是一个独立的仪器组,旨在监测 0.1 至 50 MHz 频率范围内的低频无线电信号,并帮助天文学家构建该频段的完整图像。它还可以记录中性氢红移 21 厘米(8.3 英寸)谱线上的任何广播信号。据 NASA 称,这是解开宇宙黑暗时代秘密的关键。宇宙黑暗时代是指宇宙微波背景辐射 (CMB) 形成之后,即大爆炸后 38 万年、第一批恒星和星系形成之前的时期。

然而,这又是一次“先抓住你的兔子”的尝试,因此在科学实验开始之前,团队必须确保 LuSEE-Night 能够像宣传的那样运行。

该设备采用太阳能供电,尺寸为1 x 1 x 0.7米(3.3 x 3.3 x 2.3英尺),基于一套4通道、50MHz奈奎斯特基带接收系统和一套射电光谱仪,用于分离由四根3米长(9.8英尺)铍铜冷轧螺旋螺距弹簧单极天线收集的有用信号。这四根天线排列成两个正交偶极天线,两端间距约为6米(19.7英尺)。该天线阵列可旋转,不仅可以瞄准天空的特定区域,还能帮助根据当地电磁环境校准天线望远镜。此外,月球轨道器将发射预定的代码信号,以协助该仪器的调试。


LuSEE-Night 计划着陆点

LuSEE-Night 配备了一个防护罩,用于在白天反射太阳的热量,并配备了一个重达 40 公斤(88.2 磅)、容量为 6500 至 7160 瓦时的锂离子电池,用于运行加热器,防止电子设备在 14 天的月夜期间(温度降至 -173.15 °C(-279.6 °F))冻结。

借助一颗尚未确定的中继卫星,LuSEE-Night 预计将持续运行长达 18 个月,用于与地球任务控制中心进行信号传输。如果一切顺利,或许有一天,我们会看到月球背面的某个巨大陨石坑变成一个射电天线,让已经废弃的阿雷西博天文台看起来就像一个玩具对讲机。

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