NASA資助的試圖將月球隕石坑變成強大射電望遠鏡的概念項目是怎樣的?

ViviancnBeta


實施這項資助計劃的機構是NASA下屬的“高級創新概念”項目組(NIAC),這個項目組專門為激進的未來概念和超越常規的設想提供孵化器服務。目前NIAC已經對該項目進行了第一期撥款。

NASA噴氣推進實驗室的機器人技術專家Saptarshi Bandyopadhyay表示,要實現這一目標,需要將機器人送到月球的遠端,並使用這些機器人在一個隕石坑上佈置金屬絲網,最終造出一個直徑1公里的球形反射鏡。

“月球隕石坑射電望遠鏡的構想,出發點是充分利用月球背面位置相對地球或地球軌道的巨大優勢。如果射電望遠建造在月球背面,它會比地面上的或地球軌道上的能觀測到波長更長的低頻輻射信號。


不會游泳的魚兒呀


NASA資助的試圖將月球隕石坑變成強大射電望遠鏡的概念項目是怎樣的?

我們之所以能夠看到世間萬物,其實是因為我們人類的眼睛能夠感受到一種特殊波長的電磁波——可見光,在宇宙中除了可見光以外,還充斥著大量的我們感受不到的電磁波,按照波長由短到長的順序,宇宙中的電磁波依次劃分為γ射線、x射線、紫外線、可見光、紅外線、微波以及無線電波(如下圖所示)。

雖然我們的眼睛無法看到可見光以外的電磁波,但是我們可以藉助望遠鏡來達到這個目的,但有一個問題是,地球擁有一個厚厚的大氣層,來自宇宙空間的電磁波會被大氣層裡的各種粒子大量地吸收和反射,從而導致在我們在地球表面只能觀測到很少一部分電磁波。

順便講一下,科學家將能夠在地球表面觀測的波段稱為“大氣窗口”,比如說光學窗口(波長在300至700納米之間)、紅外窗口(波長在0.7至1千微米之間)、射電窗口(波長在1毫米至30米之間)等等。

為了更好地觀測宇宙,我們就必須將望遠鏡放置在大氣層之外,於是各種太空望遠鏡應運而生,時至今日,地球附近的空間已經分佈了不少的太空望遠鏡,它們提供的觀測數據極大地推進了我們對宇宙的認識。然而由於來自地球的無線電干擾信號太多,那些用於探測長波的射電望遠鏡並不能發揮出應有的本領,因此科學家就希望能夠把這種望遠鏡建設在月球背面。

我們都知道,月球早已被地球潮汐鎖定,在地球上始終只能看到月球的正面,這就意味著,如果我們可以在月球背面建設一個射電望遠鏡,那麼這個望遠鏡就可以完全避免受到來自地球的無線電干擾,並且在月球背面入夜之後,來自太陽的無線電干擾也會被屏蔽掉,這可以讓望遠鏡處於一個極為安靜的環境之中,從而使其觀測效果達到最佳。除此之外,因為月球的引力只有地球的6分之1,所以我們完全可以把這個望遠鏡建設成一個口徑很大超級望遠鏡。


現在,科學家正在將這一宏大目標變成現實,NASA在2020年4月7日宣佈了一個好消息:在他們的資助下,在月球背面建設超級望遠鏡的概念項目已正式啟動,據悉該項目的目標是將月球的隕石坑變成強大的射電望遠鏡。

NASA資助的試圖將月球隕石坑變成強大射電望遠鏡的概念項目是怎樣的?

根據相關介紹,該計劃大致可分為兩步,第一步是在月球背面選定一個直徑在3至5公里之間的隕石坑。為什麼要找隕石坑呢?這是因為射電望遠鏡需要一個拋物面反射鏡,而一個合適的隕石坑就正好可以符合這個條件。這一步看上去似乎比較容易完成,但第二步就難了。

第二步就是向這個選定的隕石坑發射用於建設的機器人,這種機器人能夠進行爬壁作業,它們的目標就是在這個隕石坑裡佈置特殊的金屬絲,並逐漸將其建設成一個巨大的拋物面反射鏡,再輔以相關的電子設備,最終將其建設成一個巨大的射電望遠鏡。

那麼這個超級望遠鏡有何強大之處呢?衡量一個望遠鏡的分辨本領有一個重要的參數——角分辨率,角分辨率越小的望遠鏡,其精密程度就越高。需要注意的是,這個角分辨率是與波長除以望遠鏡的口徑的值是正相關的,也就是說一個望遠鏡的口徑越大,其精密程度就越高。

我們都知道,地球上現有最大、最精密的射電望遠鏡就是我們的“天眼”(FAST),其口徑為500米,而根據NASA的設想,這個超級望遠鏡在建成以後的直徑可達1公里左右。可以想象的是,一個精密程度如此之高的超級望遠鏡,放置在遠離無線電干擾的月球背面靜靜地“聆聽”,它絕對會給我們帶來很多的驚喜。

值得一提的是,如果宇宙中真有外星文明並且他們也會發送無線電波的話,那麼這個性能卓越的超級望遠鏡就很可能會接收到,因此有人認為這個超級望遠鏡的建成,將會成為人類尋找外星文明的里程碑式的事件。不過我們也不用高興得太早,因為NASA說了,雖然相關概念項目已正式啟動,但是目前該計劃只是處於剛開始的階段,要想真正地將這一宏大目標變成現實,至少還需要十年的時間。



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魅力科學君


月球本來就是個非常好的前沿基地,是人類進軍宇宙的最好的首發星球,月球的資源,位置和天文觀測都是很好的。

就天文觀測來講,在幾十年前,美蘇的很多天文學家都早已制定過很多種的想象方案,當然受當時的技術限制,這些方案只是想象而已,直到1969年人類首次登月,才在月面上設立了一些簡單的儀器,其中也包括一些天文觀測儀器。

登月結束後,人們更深入瞭解了月球環境,因此更加期望能在月球上建立天文觀測基地,在70年代,很多的方案計劃被提出,很多的科幻小說也想象了月面上的基地。

由於月球沒有大氣,因此不存在大氣層對星光的影響,由於月球引力小,因此可以建造更大型的望遠鏡。可以說如果在月球上觀測,同樣的望遠鏡,但效果要遠遠高於地球。

目前,新一輪的登月熱潮已經開始了,美,中,俄,歐,日,印等國家和地區都有新的登月計劃,在2030年前後,就會陸續有眾多的大型航天器進入月球,這次的探月將會在月面建立長期的基地,開始早期的月球開發活動。

而天文觀測是必不可少的,近期的1千米直徑的月面射電望遠鏡計劃只是眾多計劃中的一個,能否真正實施目前還不好說,因為需要最終選擇一個最適合的方案。未來還會有更多的月面建設項目出現,而最終人類肯定會在月面建立一個個的前哨基地。


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