NASA提出大胆计划,要把望远镜建在月球上,口径达1000米

2016年9月25日,我国的500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope,简称FAST,绰号中国天眼)落成启用,一举打破纪录,成为了世界上口径最大的射电望远镜。

我们都知道,随着人类科技的发展,这个纪录终将被打破,但是至少目前来说,还能保持很久。不过看起来,已经有人准备打破这个纪录了。

最近,NASA宣布了一个宏大的计划:在月球建设一个更加巨大的射电望远镜——月球环形山射电望远镜(Lunar Crater Radio Telescope ,简称LCRT)。

NASA提出大胆计划,要把望远镜建在月球上,口径达1000米

在月球建设望远镜已经是很大胆的尝试了,而提起这台望远镜的口径更加惊人——1公里!这意味着,它的口径是中国天眼的2倍,面积是4倍。

提出这个项目的,是NASA的先进创新概念项目组(NASA Innovative Advanced Concepts,简称NIAC)。顾名思义,该项目组的宗旨就是孵化那些打破传统和固化思维、靠创新大胆的理念和想象而提出的大胆想法和计划。从1998年2月开始,他们就持续征集大胆、有远见但合理的科学提案,到2007年的时候,NIAC总共收到了1,309份提案,并授予了126项第一阶段赠款和42项第二阶段合同,总价值为2730万美元。

比如这一次,他们就提出了在月球建造望远镜的大胆计划。

NASA提出大胆计划,要把望远镜建在月球上,口径达1000米

根据他们的计划,这台望远镜可以10-50米波段(即6-30MHz频段)的范围内观测早期宇宙的秘密,从而实现天文学上重大的突破。目前来说,人类在这个波段范围内还没有什么观测,因此LCRT一旦建成,我们将会推开一扇新的大门,从全新的视角看这个宇宙。

那么,这台望远镜会建设在哪里呢?提出该项目的美国宇航局喷气推进实验室的机器人技术专家萨普塔什·班迪帕德帕耶认为:他们首先需要考虑的就是必须建造在月球背面,也就是地球上永远看不见的那一面。我们多次提到过,月球背面对于人类来说是绝佳的观测地点,可以利用月球巨大的身躯完美地屏蔽来自地球的电磁干扰。

另外,这个项目对于环形山也提出了要求,首先,它的直径要在3-5公里之间,以便建造这个口径达到1公里的巨大望远镜。同时,虽然他没有提出,但射电望远镜都是抛物面的形状,所以环形山的形状要合适。而且,由于流体跌落时的撞击效果(Drop impact),环形山中心都有一个小“山”,流体力学上叫Worthinton Jet(就比如一滴水落在一碗水里,会在水面砸出一个小坑,然后中间又出现回弹的现象,如下图所示)。如果建造射电望远镜,或许还要先在月球来一把愚公移山。

NASA提出大胆计划,要把望远镜建在月球上,口径达1000米

当然了,人家是专业的科学家,什么都知道,这点小事不需要我们操心。实际上,他们已经设计出了一套相对完整的方案雏形。

为了建造这台望远镜,NASA会发射两组着陆设备,望远镜着陆器落在环形山内部,而DuAxel 漫游者号则降落在环形山外,双方配合工作。DuAxel 漫游者号是喷气推进实验室和加州理工学院联合研发的一款专门用于极端环境下工作的设备,可以克服月球或者其他天体上环形山或者其他地形的陡壁进行移动,而且可以在低温环境下保持良好的性能。它和Axel 漫游者号属于同款的,Axel 漫游者号看起来像一辆平衡车

NASA提出大胆计划,要把望远镜建在月球上,口径达1000米

而DuAxel 漫游者号可以看作是两台连接在一起的Axel 漫游者号

NASA提出大胆计划,要把望远镜建在月球上,口径达1000米

Axel只能一头固定,但是DuAxel就可以两头移动,相对更灵活。目前来说,这种设备还在研发,NASA的计划是最早在2025年投入使用。

NASA提出大胆计划,要把望远镜建在月球上,口径达1000米

(DuAxel的资料极少,我花了半天的时间才查阅到,记得为我的辛勤点个赞哦~)

当DuAxel 漫游者号着陆后,就会释放其中一个Axel 漫游者号进入到环形山内(这就要求两个Axel 漫游者号之间的链要长达1公里以上),和望远镜着陆器配合。在抓住后者释放的金属线后,就开始爬坡,连接到另一头的Axel。多个DuAxel 同时运作,吊起射电望远镜的接收器。接下来它们在配合提拉金属丝网,完成抛物面形状的反射器。

NASA提出大胆计划,要把望远镜建在月球上,口径达1000米

你不说我也知道,你现在已经一脸懵逼地想要走了。别急,我知道你可能还不太明白射电望远镜的结构,咱们贴一张中国天眼的图就好了。

如下图所示,就是中国天眼。红色箭头指着的,就是它的接收器,也就是刚才我们说DuAxel 要吊起的那个接收器。中国天眼旁边的六座塔分别牵引一根很粗很粗的钢丝,用来平衡接收器或者调整其位置,NASA显然不可能在月球建塔,我推测应该还是用DuAxel 吧。而中国天眼的主体部分是用4450个反射单元构成的,不过NASA用的就是金属丝线了。

NASA提出大胆计划,要把望远镜建在月球上,口径达1000米

你可能想问:美国到现在还没有实现人类重返月球,这就准备建设望远镜,是不是有点太早了?

班迪帕德帕耶表示,该望远镜的建设工作,不是由人类来完成,而是利用机器人。他们需要把机器人运送到月球上,让它们在环形山内布置金属丝网,从而打造出这样一个口径达到1公里的巨大球形望远镜。

NASA提出大胆计划,要把望远镜建在月球上,口径达1000米

不过,即便如此,目前看来这个计划也很难执行。这台望远镜所需的设备、部件,都是非常惊人的,以目前人类的火箭发射能力来说,根本不可能完成这样浩大的发射任务。另外,建设望远镜所需的机器人的数量和质量也非常高,同样超出了目前人类的能力范围,需要在许多方面取得突破性的进展才可以。

当然,虽然没有明确规定,但根据NIAC一般的风格来说,他们提出的计划大概需要10-40年来实现。因此,这台望远镜恐怕也不会在10年内动工,中国天眼的纪录看起来还可以保持一段时间。不过,班迪帕德帕耶表示,该项目已经获得了第一笔拨款,用以确定LCRT的可行性。利用这笔资金,他们将展开对LCRT的机械设计、并且寻找合适的环形山。

NASA提出大胆计划,要把望远镜建在月球上,口径达1000米


除了LCRT之外,NIAC还提出了好几个项目,比如通过星光相对论扰动的自主航天器导航体系结构、带来突破性空间探索的极端超材料太阳帆、载人登陆火星任务的燃料等等。可以说,这些项目里任何一个能够实现,对于人类的天文学发展都将是一次重大的突破。至于它们何时能实现、就让我们拭目以待吧~

(我们的天文专题圈子“拥抱宇宙和星辰”已经建立,对天文感兴趣的朋友们快来加入,找到你的同伴吧~)


分享到:


相關文章: