阿雷西博走了,我们要在月球上建造阿雷西博二代吗?

2021年01月27日 09:45 次阅读 稿源:新浪科技 条评论

北京时间1月27日消息,据国外媒体报道,当60岁的阿雷西博望远镜在2020年倒塌时,我们不仅失去了世界上最杰出的射电望远镜,我们的射电天文学的未来也遭受了沉重打击。阿雷西博是有点年代久远,但它也具有独特的能力,非常适合研究重力波,以及在小行星掠过地球时,绘制它们的表面地图。

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自上世纪六十年代以来,天文学家就梦想着在月球背面建造射电望远镜,这样可以避免地球的干扰。

自上世纪六十年代以来,天文学家就梦想着在月球背面建造射电望远镜,这样可以避免地球的干扰。

现在,世界各地的射电天文学家都在讨论下一步该怎么办。要不要重建阿雷西博呢?如果重建的话,钱从哪里来呢?

回答这些问题没那么容易,但讨论仍在进行中。不过,有关另一个革命性射电望远镜的初步计划每天都在向前推进。有趣的是,这些讨论让NASA开始重新审视五十多年前提出的一个大胆建议:在月球背面建造一台巨大的射电望远镜。

阿雷西博望远镜建在波多黎各的一个自然天坑内。天然的地理优势给阿雷西博的设计带来诸多便利。同样地,天文学家可以利用已有的月球陨石坑,以(相对)低的成本,在月球上建造射电望远镜。太空岩石的撞击已经为我们做好了挖掘工作。另外,和地球上不一样的是,月球上没有天气变化,也没有狂风,不会加速设备的腐蚀。再者,月球表面的引力也更弱。

月球上的阿雷西博

这个几十年前提出的建议来自月球科学家理查德·冯德拉克。登月计划期间,冯德拉克曾就职于阿波罗科学运营中心。他曾提议,利用月球陨石坑,来建造类似波多黎各的阿雷西博般的射电望远镜。设计图中展示的是月球上的三台望远镜如何单独使用,或组合在一起构成一组巨大的设备。

这个几十年前提出的建议来自月球科学家理查德·冯德拉克。登月计划期间,冯德拉克曾就职于阿波罗科学运营中心。他曾提议,利用月球陨石坑,来建造类似波多黎各的阿雷西博般的射电望远镜。设计图中展示的是月球上的三台望远镜如何单独使用,或组合在一起构成一组巨大的设备。

早在上世纪六十年代,天文学家就开始寻思在月球背面建造射电望远镜。由于月球背面总是背对着地球,这便意味着整个月球好似一个天然屏障,可以屏蔽来自地球的持续无线电干扰。这创造了一个十分理想的环境:理论上,科学家可以在这里通过无线波长观测宇宙。在地球上——哪怕是在地球轨道上,想要分析这些无线波长,都十分困难。

不过,月球上的阿雷西博可不止是波多黎各的阿雷西博的后继者。这个前提,类似于天文学家决定替换哈勃太空望远镜的方式。天文学家并没有复刻原来的设备,而是决定设计开发一个完全不同的设备。詹姆斯·韦伯空间望远镜确实借鉴了哈勃望远镜工作期间积累的经验。但是,韦伯空间望远镜主要是通过红外光研究宇宙,而哈勃望远镜则侧重可见光和紫外光。光谱变化意味着,韦伯空间望远镜将能够以无懈可击的细节,深入探索先前未曾触及的宇宙。

在月球上建造大型射电望远镜的道理也是如此。尽管过去六十年多年来,阿雷西博一直在协助研究厘米和毫米级的无线电波,但月球射电望远镜可以观测波长在一米以上的电波。在地球上,天文学家可做不到这些。

假如我们真的在月球上建造了一台阿雷西博般的望远镜,那么这台新设备或许可以发现许多奇异的宇宙现象,比如遥远的类地系外行星周围的极光。最迷人的是,新设备或许还可以检测到来自宇宙初期(即恒星和星系诞生之前)的无线电信号。

1986年的提议描绘了一个悬挂在月球陨石坑之内缆线系统,可以让天文学家在月球上建造一台阿雷西博式望远镜。

1986年的提议描绘了一个悬挂在月球陨石坑之内缆线系统,可以让天文学家在月球上建造一台阿雷西博式望远镜。

1986年,著名的天文学家弗兰克·德雷克在NASA的一次会议上,提出在月球上建造“阿雷西博式甚大望远镜”的建议。德雷克认为,利用月球陨石坑可以最大程度地减少建造大型结构要素所需的条件。他还表示,整个工程大概只需要面板、平台和大量的缆线。

月球上也不缺陨石坑。想要找到一个边缘足够坚固,可以用作望远镜支撑缆线锚点的陨石坑,也相对容易。为了固定阿雷西博望远镜的支撑缆线,工程师设计了几个造价昂贵的塔架。但是借助陨石坑,我们就不需要再花大价钱去建造塔架。(事实上,阿雷西博望远镜在2020年倒塌正是因为固定在塔架上的缆线脱落,砸坏了望远镜。)

“合理的天坑和陨石坑横截面可以很好地满足这一需求。”德雷克写道,“在这种情况下,我们可以节省大量成本和材料。我们可以用这种方式,在月球或地球上建造阿雷西博式望远镜,并且成本比阿雷西博的实际成本要低很多。”

月球陨石坑射电望远镜

用机器人建造月球陨石坑射电望远镜的概念图。

用机器人建造月球陨石坑射电望远镜的概念图。

最近几年,NASA对这些想法的支持似乎达到了新的高度。NASA甚至还出资对几个早期方案进行研究,以探索在月球上建造阿雷西博式望远镜的可能性。在这些方案中,月球陨石坑射电望远镜让人们想起了几十年前德雷克等人提出的相同建议。

但是,与之前的任务设计者所想象的不同,建造最新迭代版本的月球望远镜,不需要宇航员亲自动手。喷气推进实验室的机器人技术专家Saptarshi Bandyopadhyay,也是月球陨石坑射电望远镜项目团队的负责人。Bandyopadhyay表示,他们打算用简单的月球车来建造望远镜。这个月球车,跟NASA之前设计的那些类似。

项目团队将发射一个满载着月球车的航天器,着陆在陨石坑外围。接着,这些月球车会取回支撑缆线,再把缆线拉到陨石坑边缘,然后拼出一个跨度约1公里的网状系统。只不过,整套装置必须能够全部塞进单个月球着陆航天器内,比如蓝色起源的“蓝月亮”。

比起宇航员,用机器人建造望远镜,可以帮助团队节省一大笔资金。任何涉及宇航员的任务都需要大量且昂贵的安全预防措施。每个潜在问题都需要额外的检查,需要精心设计的防护措施。例如,锋利的边缘可能会划破宇航服。所以,载人飞行中必须避免一切边缘锋利的东西。但是弧形边缘又不利于最大化利用货舱空间;而在向月球运送机器人时,你又必须得好好利用货舱空间。

NASA已经开始测试一种名为“DuAxel”的多功能月球车,可以用于执行多个不同的月球任务。其中一个功能是,DuAxel可以攀爬陨石坑。而且额外的好处是,DuAxel相对便宜。

Bandyopadhyay说:“如果我们派出十台月球车,然后两台损坏;这不是问题。虽然两台损坏了,但剩下的八台月球车仍可以工作。换了宇航员的话,这事情就不一样了。”

月球车在陨石坑内工作的概念图。

月球车在陨石坑内工作的概念图。

但是,即便机器建筑工人具备这种种的潜在优势,目前该技术的成本也使得任务难以实现。Bandyopadhyay估计,在月球上建造一台射电望远镜的成本可能高达数十亿美元。这也是他的团队正在尝试开发一种新的缆线和网状结构的原因。新的结构预期会比现在的方案便宜许多。月球陨石坑射电望远镜的初步研究先是得到了NASA Innovative Advanced Concepts(NIAC)项目的12万美元资金支持。他们的下一步任务计划是让工程师着手开发网状结构。Bandyopadhyay说,他的团队希望可以在今年春季发布团队的初步研究结果。

他说:“我们现在有一个很好的设计,也具备可行性。如果我们有40或50亿美元的话,我们明天就可以启动项目。”

尽管充满热情,但Bandyopadhyay并不认为,在不远的将来,我们能够看到月球上架起一台阿雷西博式望远镜。毕竟,科学发展往往需要时间。

“如果我能在退休之前,看到我们在月球上部署这台望远镜,我一定会感到非常惊讶。但是,我现在还是一个非常年轻的科学家。”Bandyopadhyay说,“做这些事情很有难度。我们希望解决的问题也非常难。一切都很难。但是,如果事情很容易的话,我们早就去月球造望远镜了。”(匀琳)

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