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月球望远镜的历史和未来

2020/6/28 22:27:07 来源:隔壁老王聊航天 浏览:


在登月计划期间曾在阿波罗科学行动中心工作的月球科学家理查德·冯德拉克(Richard Vondrak)已有数十年的想法,他提出使用月球陨石坑来建造射电望远镜,例如波多黎各的阿雷西博天文台。在这里,一个艺术家的概念展示了如何分别使用三个望远镜或将其组合在一起以构成一个巨大的仪器。

对于射电天文学家来说,地球是一个嘈杂的地方。许多现代电子设备会泄漏无线电信号从而干扰无线电台研究的长而微弱的波长。几十年来这种看不见的光污染将无线电台进一步推向所谓的“无线电静区”。这迫使射电天文学家远离其他人到达智利贫瘠的阿塔卡马沙漠等地。

阻碍微弱无线电信号的不仅是人造设备,来自地球和太阳的自然现象也会干扰。更糟的是地球的电离层(太阳辐射使我们的高层大气中的分子电离)完全阻止了最长的无线电波长到达我们的地球表面。

科学家们长期以来一直在寻找解决方案:月球的另一端。因为它总是背对着地球,所以放置在月球远端的射电望远镜几乎可以完全抵御地球产生的无线电噪声。在那里天文学家将研究一系列从我们的星球甚至地球轨道太空望远镜无法看到的现象。月球上的望远镜可以向我们展示宇宙形成第一批恒星和星系之前发生了什么或者让我们看到遥远的系外行星周围的电磁场,从而揭示出与世界真正的拥有生命潜力有关的极其微妙却基本的特性。

行星科学家史蒂夫·斯奎雷斯(Steve Squyres)说:“您在月球的另一侧拥有一个安静的无线电环境可以进行非常灵敏的测量而这是其他任何方式所无法实现的。”“这种环境非常有利于进行突破性科学。”

阿波罗16号望远镜

阿波罗16号装有镀金的紫外线望远镜,宇航员过去曾拍摄过178张宇宙图像。在这里,右图的乔治·卡鲁瑟斯(George Carruthers)和海军研究所的项目经理威廉·康威(William Conway)研究了不久将成为第一个基于月球的天文台。

月球上的第一架望远镜不是射电望远镜,但它仍向宇宙表面开了一个从地球表面看不见的窗口。

该仪器名为“ 远紫外线照相机/光谱仪”,是由海军研究实验室的年轻研究员乔治·卡鲁瑟斯(George Carruthers)设计的,他已经很好地开拓了紫外线(UV)光谱的先河。紫外线在很大程度上被地球的大气层过滤。因此就像无线电频谱的许多部分一样必须从太空进行研究。之后阿波罗11号在月球表面成功登陆1969年7月20日,美国航空航天局对可能未来月球任务进行科学实验。

Carruthers提出了紫外线望远镜。到1972年4月,它已在阿波罗16号登上月球的路上。宇航员使用镀金的仪器拍摄了178张宇宙图像捕获了遥远的星云,甚至拍摄了地球的外部大气层。但是尽管概念验证的紫外线观测镜实现了其适度的目标但又需要41年才能将另一台望远镜送入月球。

中国的月球望远镜

在2019年,中国的嫦娥四号飞船成为有史以来第一个软着陆在月球遥远的地方。这张照片是由与航天器一起降落的玉兔2号漫游车拍摄的。

经过漫长的休假,中国国家航天局在2013年终于将望远镜放回了月球。但是这次不需要宇航员了。这是第一台遥控月球望远镜是随嫦娥三号着陆器飞行的附加仪器。

基于月球的紫外线望远镜(LUT)直径仅为6英寸与天文学家梦dream以求的送入月球的各种仪器相去甚远。但即使在这样的大小下,LUT观察到的波长也可以提供对宇宙的独特见解而所有这些都不会受到地球的干扰。

中国科学家利用LUT收集了数千小时的数据跟踪恒星甚至星系。而且也许更重要的是望远镜的稳定性能还可以作为未来任务的技术展示。

去年中国航天局跟随LUT 向月球发送了一个小型射电望远镜。在2019年1月上旬所谓的低频无线电频谱仪与嫦娥四号着陆器在月球的另一端着陆。

此后中国科学家就使用望远镜对以前未经探索的无线电波长观察到的宇宙进行了研究。但是由于该仪器的能力中等,观测仅限于相对较近的宇宙。

未来月球望远镜的想法

天文学家对月球科学观测站的希望通常与未来的月球基地联系在一起,而这些月球基地仍然遥不可及。

捕获以前无法访问的无线电波是数十年来天文学家的梦想。大约40年前科学家开始认真考虑可能会发现什么类型的月球望远镜以及如何制造它们。

即便如此,根据美国宇航局一份“月球上的未来天文台”的文件,科学家们意识到月球提供了独特的有利位置可以打开“非常低频率的电磁频谱的最后一扇窗户”。

到1980年代初期对阿波罗号的飞行任务在后视领域已经有十年了,但是迅速发展的航天飞机计划看起来很成功。这导致了有关重返月球的重新讨论。研究人员希望这些发展最终可以导致月球基地的发展从而为持续科学研究奠定基础。

科罗拉多大学博尔德大学的天文学家杰克·伯恩斯(Jack O. Burns)说:“我们设想将科学仪器放在月球上的唯一方法是与宇航员一起使用。” 他是NASA资助的探索与空间科学网络的主任,几十年来一直是在月球上建造望远镜的主要十字军。

现在由于现代机器人技术的发展和私人航天公司的出现,伯恩斯第一次认为这个曾经疯狂的想法实际上可以成为现实。他说他的学生现在经常使用远程操作的机器人和机器学习算法进行工作,这在1980年代是无法想象的。“技术已经赶上了,也许这就是我们所需要的。”

由于这些技术的进步,月球望远镜不再需要宇航员和1000亿美元的太空计划。相反它们可以使用已经在开发中的私人火箭发射的漫游车来建造。

FARSIDE望远镜

FARSIDE望远镜将使用Blue Origins的Blue Moon着陆器到达月球,并使用流动站来部署连接的无线电天线网络。

伯恩斯和他的同事们最近完成了一项由美国国家航空航天局(NASA)资助的研究,研究对象是流动站部署的射电望远镜,该望远镜将以128根天线散布成花状,大约6英里(10公里)宽。他们称他们的项目为“黑暗时代和系外行星的无线电科学调查的远端阵列”。

FARSIDE将研究遥远恒星周围行星的磁场以帮助天文学家更好地了解哪些系外行星可能真正适合居住。该望远镜还将为天文学家提供第一次真正的机会来研究早期宇宙学史的关键时期,称为“黑暗时代”。在这个时期尚未形成恒星和星系,因此研究人员看不到当时存在的任何物质。

美国国家航空航天局还资助了一项旨在在月球陨石坑内建造一个Arecibo式射电望远镜的提案的另一项研究,该提案由喷气推进实验室机器人技术专家Saptarshi 领导。在花了三年时间研究各种望远镜的设计之后他最近获得了NASA高级概念研究所的资助继续进行该项目。

尽管近几十年来多个月球望远镜的提议比其他任何提议都更加接近现实,但我们还有很长的路要走。

但是伯恩斯很乐观,他现在正在与杰夫·贝佐斯(Jeff Bezos)的太空公司蓝色起源合作,该公司建造了月球着陆器能够在月球表面着陆5吨重的货物。携带FARSIDE绰绰有余。他们现在所需要的只是实现这一目标所需的大约10亿美元资金。

伯恩斯说:“三十年前这是不可能的。今天,它实际上是现成的技术。”


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